DE102022130365A1 - Heat treatment equipment, process and use - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Warmbehandlungseinrichtung zum Erwärmen und Behandeln eines metallischen Guts aufweisend:eine Heizeinrichtung mit einer Nennleistungsdichte in das metallische Gut von größer oder gleich 5·105W/m2, vorzugsweise größer oder gleich 1·106W/m2, bevorzugt größer oder gleich 5·106W/m2und besonders bevorzugt größer oder gleich 2·107W/m2, insbesondere eine erste Heizeinrichtung;eine Homogenisierungseinrichtung, insbesondere eine erste Homogenisierungseinrichtung, wobei die Homogenisierungseinrichtung zur Reduzierung eines Temperaturunterschieds zwischen einer Oberflächentemperatur des metallischen Guts und einer Kerntemperatur des metallischen Guts auf kleiner oder gleich 50 °C eingerichtet ist, bevorzugt auf kleiner oder gleich 20 °C und besonders bevorzugt auf kleiner oder gleich 10 °C;eine Behandlungseinrichtung zum Behandeln des metallischen Guts; undeine Fördereinrichtung zum Fördern des metallischen Guts von der Heizeinrichtung in Richtung der Behandlungseinrichtung.The invention relates to a heat treatment device for heating and treating a metallic material, comprising: a heating device with a nominal power density in the metallic material of greater than or equal to 5 105 W/m2, preferably greater than or equal to 1 106 W/m2, preferably greater than or equal to 5 106 W/m2 and particularly preferably greater than or equal to 2 107 W/m2, in particular a first heating device; a homogenization device, in particular a first homogenization device, wherein the homogenization device is designed to reduce a temperature difference between a surface temperature of the metallic material and a core temperature of the metallic material to less than or equal to 50 °C, preferably to less than or equal to 20 °C and particularly preferably to less than or equal to 10 °C; a treatment device for treating the metallic material; and a conveying device for conveying the metallic material from the heating device in the direction of the treatment device.
Description
Die Erfindung betrifft eine Warmbehandlungseinrichtung, ein Verfahren und eine Verwendung.The invention relates to a heat treatment device, a method and a use.
Vor dem Warmumformen, insbesondere dem Warmwalzen, einer Bramme wird diese im Stand der Technik unter Verwendung eines Ofens erwärmt. Dabei kann die Bramme zunächst auf eine Temperatur von größer oder gleich der Temperatur der Carbonitridausscheidung und/oder der Auflösung von Nitritausscheidungen der Stahlzusammensetzung der Bramme aufgeheizt werden, insbesondere auf eine mittlere Temperatur der Bramme, welche je nach Legierungszusammensetzung zwischen 950 °C und 1.280 °C liegt.Before hot forming, in particular hot rolling, a slab is heated in the prior art using a furnace. The slab can first be heated to a temperature greater than or equal to the temperature of the carbonitride precipitation and/or the dissolution of nitrite precipitation of the steel composition of the slab, in particular to an average temperature of the slab, which, depending on the alloy composition, is between 950 °C and 1,280 °C.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dem Stand der Technik eine Verbesserung oder eine Alternative zur Verfügung zu stellen.The invention is based on the object of providing an improvement or an alternative to the prior art.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung löst die Aufgabe eine Warmbehandlungseinrichtung zum Erwärmen und Behandeln eines metallischen Guts aufweisend:
- - eine Heizeinrichtung mit einer Nennleistungsdichte in das metallische Gut von größer oder gleich 5·105 W/m2, vorzugsweise größer oder gleich 1·106 W/m2, bevorzugt größer oder gleich 5·106 W/m2 und besonders bevorzugt größer oder gleich 2·107 W/m2, insbesondere eine erste Heizeinrichtung;
- - eine Homogenisierungseinrichtung, insbesondere eine erste Homogenisierungseinrichtung, wobei die Homogenisierungseinrichtung zur Reduzierung eines Temperaturunterschieds zwischen einer Oberflächentemperatur des metallischen Guts und einer Kerntemperatur des metallischen Guts auf kleiner oder gleich 50 °C eingerichtet ist, bevorzugt auf kleiner oder gleich 20 °C und besonders bevorzugt auf kleiner oder gleich 10 °C;
- - eine Behandlungseinrichtung zum Behandeln des metallischen Guts; und
- - eine Fördereinrichtung zum Fördern des metallischen Guts von der Heizeinrichtung in Richtung der Behandlungseinrichtung.
- - a heating device with a nominal power density in the metallic material of greater than or equal to 5·10 5 W/m 2 , preferably greater than or equal to 1·10 6 W/m 2 , preferably greater than or equal to 5·10 6 W/m 2 and particularly preferably greater than or equal to 2·10 7 W/m 2 , in particular a first heating device;
- - a homogenization device, in particular a first homogenization device, wherein the homogenization device is designed to reduce a temperature difference between a surface temperature of the metallic material and a core temperature of the metallic material to less than or equal to 50 °C, preferably to less than or equal to 20 °C and particularly preferably to less than or equal to 10 °C;
- - a treatment facility for treating the metallic goods; and
- - a conveying device for conveying the metallic material from the heating device towards the treatment device.
Begrifflich sei hierzu Folgendes erläutert:
- Zunächst sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung unbestimmte Artikel und Zahlenangaben wie „ein“, „zwei“ usw. im Regelfall als „mindestens“-Angaben zu verstehen sein sollen, also als „mindestens ein...“, „mindestens zwei ...“ usw., sofern sich nicht aus dem jeweiligen Kontext ausdrücklich ergibt oder es für den Fachmann offensichtlich oder technisch zwingend ist, dass dort nur „genau ein ...“, „genau zwei ...“ usw. gemeint sein können.
- First of all, it should be expressly pointed out that in the context of the patent application at hand, indefinite articles and numerical expressions such as “one”, “two”, etc. should generally be understood as “at least” expressions, i.e. as “at least one...”, “at least two...”, etc., unless it is expressly clear from the respective context or it is obvious or technically necessary for the person skilled in the art that only “exactly one...”, “exactly two...”, etc. can be meant.
Im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung sei der Ausdruck „insbesondere“ immer so zu verstehen, dass mit diesem Ausdruck ein optionales, bevorzugtes Merkmal eingeleitet wird. Der Ausdruck ist nicht als „und zwar“ und nicht als „nämlich“ zu verstehen.In the context of the patent application at hand, the expression "in particular" should always be understood as introducing an optional, preferred feature. The expression should not be understood as "and in fact" or "namely".
Unter einem „metallischen Gut“ wird ein Halbzeug verstanden, welches aus zumindest einem Metall besteht oder welches einen Metallanteil von größer oder gleich 90 Gew.-% aufweist, bevorzugt einen Metallanteil von größer oder gleich 95 Gew.-% und besonders bevorzugt einen Metallanteil von größer oder gleich 98 Gew.-%.A “metallic good” is understood to mean a semi-finished product which consists of at least one metal or which has a metal content of greater than or equal to 90% by weight, preferably a metal content of greater than or equal to 95% by weight and particularly preferably a metal content of greater than or equal to 98% by weight.
Das metallische Gut weist eine Dicke, eine Breite und eine Länge auf, wobei das metallische Gut alternativ auch eine endlose Länge aufweisen kann. Das metallische Gut weist ferner eine Oberfläche und einen Kernbereich auf, wobei eine Temperatur, insbesondere eine gemittelte Temperatur, eines metallischen Guts an der Oberfläche von einer Temperatur im Kernbereich abweichen kann. Entsprechend kann eine Oberflächentemperatur des metallischen Guts von einer Kerntemperatur des metallischen Guts abweichen, insbesondere durch einen Wärmestrom von der Umgebung des metallischen Guts in das metallische Gut und/oder durch einen Wärmestrom von dem metallischen Gut an die Umgebung des metallischen Guts.The metallic item has a thickness, a width and a length, whereby the metallic item can alternatively also have an endless length. The metallic item also has a surface and a core region, whereby a temperature, in particular an average temperature, of a metallic item on the surface can differ from a temperature in the core region. Accordingly, a surface temperature of the metallic item can differ from a core temperature of the metallic item, in particular due to a heat flow from the surroundings of the metallic item into the metallic item and/or due to a heat flow from the metallic item to the surroundings of the metallic item.
Bei einem metallischen Gut kann es sich um einen Knüppel handeln, wobei ein Knüppel eine Dicke aufweist, welche im Wesentlichen der Breite des Knüppels entspricht. Mit anderen Worten weist ein Knüppel eine im Wesentlichen quadratische Querschnittsfläche auf. Vorzugsweise ist die Dicke eines Knüppels größer oder gleich 0,9 Breiten des Knüppels und kleiner oder gleich 1,1 Breiten des Knüppels, bevorzugt ist die Dicke eines Knüppels größer oder gleich 0,95 Breiten des Knüppels und kleiner oder gleich 1,05 Breiten des Knüppels und besonders bevorzugt ist die Dicke eines Knüppels größer oder gleich 0,975 Breiten des Knüppels und kleiner oder gleich 1,025 Breiten des Knüppels.A metallic good can be a billet, wherein a billet has a thickness which substantially corresponds to the width of the billet. In other words, a billet has a substantially square cross-sectional area. Preferably, the thickness of a billet is greater than or equal to 0.9 widths of the billet and less than or equal to 1.1 widths of the billet, preferably the thickness of a billet is greater than or equal to 0.95 widths of the billet and less than or equal to 1.05 widths of the billet and particularly preferably the thickness of a billet is greater than or equal to 0.975 widths of the billet and less than or equal to 1.025 widths of the billet.
Bei einem metallischen Gut kann es sich um einen Vorblock handeln. Vorzugsweise ist die Breite eines Vorblocks kleiner oder gleich 1,4 Dicken des Vorblocks, bevorzugt kleiner oder gleich 1,3 Dicken des Vorblocks und besonders bevorzugt kleiner oder gleich 1,2 Dicken des Vorblocks. Weiterhin vorzugsweise ist die Breite eines Vorblocks größer oder gleich 1,1 Dicken des Vorblocks, bevorzugt größer oder gleich 1,15 Dicken des Vorblocks und besonders bevorzugt größer oder gleich 1,2 Dicken des Vorblocks.A metallic good can be a billet. Preferably, the width of a billet is less than or equal to 1.4 thicknesses of the billet, preferably less than or equal to 1.3 thicknesses of the billet and particularly preferably less than or equal to 1.2 thicknesses of the billet. Furthermore, preferably, the width of a billet is greater than or equal to 1.1 thicknesses of the billet, preferably greater than or equal to 1.15 thicknesses of the billet and particularly preferably greater than or equal to 1.2 thicknesses of the billet.
Bei einem metallischen Gut kann es sich um eine Bramme handeln. Vorzugsweise ist die Breite einer Bramme kleiner oder gleich 35 Dicken der Bramme, bevorzugt kleiner oder gleich 30 Dicken der Bramme und besonders bevorzugt kleiner oder gleich 20 Dicken der Bramme. Weiterhin vorzugsweise ist die Breite einer Bramme größer oder gleich 1,5 Dicken der Bramme, bevorzugt größer oder gleich 1,6 Dicken der Bramme und besonders bevorzugt größer oder gleich 2 Dicken der Bramme.A metallic product can be a slab. Preferably, the width of a slab is less than or equal to 35 thicknesses of the slab, preferably less than or equal to 30 thicknesses of the slab and particularly preferably less than or equal to 20 thicknesses of the slab. Furthermore, preferably, the width of a slab is greater than or equal to 1.5 thicknesses of the slab, preferably greater than or equal to 1.6 thicknesses of the slab and particularly preferably greater than or equal to 2 thicknesses of the slab.
Eine Bramme wird auch als Dickbramme bezeichnet, wenn sie eine Dicke von größer oder gleich 150 mm aufweist, bevorzugt eine Dicke von größer oder gleich 180 mm und besonders bevorzugt eine Dicke von größer oder gleich 220 mm.A slab is also referred to as a thick slab if it has a thickness of greater than or equal to 150 mm, preferably a thickness of greater than or equal to 180 mm and particularly preferably a thickness of greater than or equal to 220 mm.
Eine Bramme wird auch als Dünnbramme bezeichnet, wenn sie eine Dicke von kleiner oder gleich 150 mm aufweist, bevorzugt eine Dicke von kleiner oder gleich 135 mm und besonders bevorzugt eine Dicke von kleiner oder gleich 120 mm.A slab is also referred to as a thin slab if it has a thickness of less than or equal to 150 mm, preferably a thickness of less than or equal to 135 mm and particularly preferably a thickness of less than or equal to 120 mm.
Vorzugsweise weist eine Bramme eine Länge von größer oder gleich 1,2 m auf, bevorzugt größer oder gleich 1,5 m, weiterhin bevorzugt größer oder gleich 1,8 m und besonders bevorzugt größer oder gleich 2 m. Weiterhin vorzugsweise weist eine Bramme eine Länge von größer oder gleich 4 m auf, bevorzugt größer oder gleich 5 m, weiterhin bevorzugt größer oder gleich 10 m und besonders bevorzugt größer oder gleich 12 m.Preferably, a slab has a length of greater than or equal to 1.2 m, preferably greater than or equal to 1.5 m, further preferably greater than or equal to 1.8 m and particularly preferably greater than or equal to 2 m. Furthermore preferably, a slab has a length of greater than or equal to 4 m, preferably greater than or equal to 5 m, further preferably greater than or equal to 10 m and particularly preferably greater than or equal to 12 m.
Bei einem metallischen Gut kann es sich um ein Blech handeln. Vorzugsweise weist ein Blech eine Dicke von kleiner oder gleich 100 mm auf, bevorzugt eine Dicke von kleiner oder gleich 80 mm und besonders bevorzugt eine Dicke von kleiner oder gleich 50 mm. Weiterhin vorzugsweise ist die Breite eines Blechs größer oder gleich 30 Dicken des Blechs, bevorzugt größer oder gleich 50 Dicken des Blechs und besonders bevorzugt größer oder gleich 100 Dicken des Blechs.A metallic product can be a sheet metal. Preferably, a sheet metal has a thickness of less than or equal to 100 mm, preferably a thickness of less than or equal to 80 mm and particularly preferably a thickness of less than or equal to 50 mm. Furthermore, the width of a sheet metal is preferably greater than or equal to 30 thicknesses of the sheet metal, preferably greater than or equal to 50 thicknesses of the sheet metal and particularly preferably greater than or equal to 100 thicknesses of the sheet metal.
Unter einer „Heizeinrichtung“, insbesondere einer ersten Heizeinrichtung und/oder einer zweiten Heizeinrichtung, wird eine Einrichtung verstanden, die zur Erhöhung der mittleren Temperatur in einem metallischen Gut eingerichtet ist, insbesondere ausgehend von einer gemittelten Start-Temperatur zu einer gemittelten-Endtemperatur. Eine Heizeinrichtung kann in einer primären Wirkverbindung zu einer oder mehreren Oberflächen de metallischen Guts stehen. Bevorzugt wirkt eine Heizeinrichtung primär auf die Oberfläche der Oberseite und die Oberfläche der Unterseite des metallischen Guts ein.A "heating device", in particular a first heating device and/or a second heating device, is understood to mean a device that is set up to increase the average temperature in a metallic item, in particular starting from an average starting temperature to an average final temperature. A heating device can be in a primary operative connection to one or more surfaces of the metallic item. Preferably, a heating device acts primarily on the surface of the top side and the surface of the bottom side of the metallic item.
Unter einer „Leistungsdichte“ wird eine Flächenleistungsdichte mit der Einheit W/m2 verstanden, wobei die Leistungsdichte die Verteilung einer Leistung einer Heizeinrichtung auf eine Oberfläche des metallischen Guts bezeichnet, insbesondere die Oberfläche der Oberseite des metallischen Guts und die Oberfläche der Unterseite des metallischen Guts. Unter einer „Nennleistungsdichte“ wird die bei designiertem Betrieb maximal erreichbare Leistungsdichte einer Heizeinrichtung verstanden. Eine Heizeinrichtung mit einer Nennleistungsdichte von größer oder gleich 5·105 W/m2 ist demnach dazu eingerichtet, eine Leistung von größer oder gleich 5·105 W an einen Quadratmeter der Oberfläche des metallischen Guts abgeben zu können. In einigen Fällen, bei denen die Kanten des metallischen Guts dezidiert separat erwärmt werden, kann sich die für die Bestimmung der Leistungsdichte relevante Oberfläche des metallischen Guts auch auf die über die Oberseite und die Unterseite des metallischen Guts hinausgehende von einer Kantenheizung erwärmte Seitenfläche des metallischen Guts erstrecken.A “power density” is understood to mean a surface power density with the unit W/m 2 , where the power density refers to the distribution of a heating device’s power over a surface of the metallic item, in particular the surface of the top of the metallic item and the surface of the bottom of the metallic item. A “nominal power density” is understood to mean the maximum achievable power density of a heating device during designated operation. A heating device with a nominal power density of greater than or equal to 5·10 5 W/m 2 is therefore designed to be able to deliver a power of greater than or equal to 5·10 5 W to one square meter of the surface of the metallic item. In some cases where the edges of the metallic item are specifically heated separately, the surface of the metallic item relevant for determining the power density can also extend to the side surface of the metallic item that extends beyond the top and bottom of the metallic item and is heated by an edge heater.
Vorzugsweise weist die Heizeinrichtung eine Nennleistungsdichte von größer oder gleich 9·105 W/m2 auf, weiterhin vorzugsweise von größer oder gleich 1·106 W/m2, bevorzugt von größer oder gleich 2·106 W/m2 und besonders bevorzugt von größer oder gleich 3,5·106 W/m2. Weiterhin vorzugsweise weist die Heizeinrichtung eine Nennleistungsdichte von größer oder gleich 7·106 W/m2 auf, bevorzugt von größer oder gleich 8,5·106 W/m2 und besonders bevorzugt von größer oder gleich 1·107 W/m2.The heating device preferably has a nominal power density of greater than or equal to 9·10 5 W/m 2 , furthermore preferably of greater than or equal to 1·10 6 W/m 2 , preferably of greater than or equal to 2·10 6 W/m 2 and particularly preferably of greater than or equal to 3.5·10 6 W/m 2 . The heating device furthermore preferably has a nominal power density of greater than or equal to 7·10 6 W/m 2 , preferably of greater than or equal to 8.5·10 6 W/m 2 and particularly preferably of greater than or equal to 1·10 7 W/m 2 .
Die tatsächlich von der Heizeinrichtung in das metallische Gut eingebrachte Leistungsdichte kann begrenzt werden, insbesondere durch eine Steuerung und/oder Regelung der Heizeinrichtung, sofern ein Überschreiten einer Oberflächentemperatur von 1300 °C drohen würde, je nach Legierungszusammensetzung auch ein Überschreiten einer Oberflächentemperatur von 1380 °C. So kann ein Aufschmelzen der Oberfläche des metallischen Guts verhindert werden.The power density actually introduced into the metallic material by the heating device can be limited, in particular by controlling and/or regulating the heating device, if there is a risk of the surface temperature exceeding 1300 °C, or, depending on the alloy composition, even 1380 °C. This can prevent the surface of the metallic material from melting.
Unter einem „Induktor“ wird ein Gerät verstanden, welches dazu eingerichtet ist, die Temperatur eines metallischen Guts unter Verwendung eines magnetischen Feldes zu erhöhen. Ein Induktor weist zumindest eine Induktorspule auf, welche in Wirkverbindung mit zumindest einer Kapazität einen Schwingkreis bildet. Dieser Schwingkreis kann mit einer Energieversorgungseinrichtung mit elektrischer Energie versorgt werden. Die Energieversorgungseinrichtung kann einen Wechselrichter aufweisen, welcher vorzugsweise mit einem DC-Zwischenkreis verbunden ist oder verbunden werden kann.An "inductor" is understood to mean a device which is designed to increase the temperature of a metallic material using a magnetic field. An inductor has at least one inductor coil which, in operative connection with at least one capacitor, forms an oscillating circuit. This oscillating circuit can be supplied with electrical energy by a power supply device. The power supply device can have an inverter which is preferably connected to a DC intermediate circuit or can be connected.
Ein Induktor kann eine Nennleistungsdichte von größer oder gleich 1·106 W/m2 aufweisen, bevorzugt von größer oder gleich 8,5·106 W/m2 und besonders bevorzugt von größer oder gleich 1·107 W/m2.An inductor can have a nominal power density of greater than or equal to 1·10 6 W/m 2 , preferably greater than or equal to 8.5·10 6 W/m 2 and particularly preferably greater than or equal to 1·10 7 W/m 2 .
Durch die Verwendung eines Induktors als Heizeinrichtung ergibt sich vorteilhaft, dass die Nennleistungsdichte unabhängig von der Umgebungstemperatur des metallischen Guts ist. Dies ist insbesondere bei hohen gemittelten End-Temperaturen für die Erwärmung des metallischen Guts besonders vorteilhaft.The use of an inductor as a heating device has the advantage that the nominal power density is independent of the ambient temperature of the metallic material. This is particularly advantageous for heating the metallic material when the average final temperature is high.
Vorzugsweise weist ein Induktor zwei Induktorspulen auf. Diese können dazu eingerichtet sein, bezogen auf das metallische Gut ein Querfeld und/oder eine Längsfeld zu erzeugen.Preferably, an inductor has two inductor coils. These can be designed to generate a transverse field and/or a longitudinal field with respect to the metallic material.
Ein Induktor weist bei designiertem Betrieb, ausgehend von einer Oberfläche des zu erwärmenden metallischen Guts, welche einer Induktorspule zugewandt ist, eine Wärmeentwicklungsschicht auf, welche sich im Wesentlichen über eine Eindringtiefe in das zu erwärmende metallische Gut hineinerstreckt. Dabei ist die Eindringtiefe der Wärmeentwicklungsschicht auch abhängig von der Frequenz eines Schwingkreises mit dem eine Induktorspule angeregt wird. Jedoch ist die Eindringtiefe der Wärmeentwicklungsschicht auch abhängig von der Temperatur des metallischen Guts im Bereich der Wärmeentwicklungsschicht.During designated operation, an inductor has a heat development layer, starting from a surface of the metallic material to be heated, which faces an inductor coil, which essentially extends over a penetration depth into the metallic material to be heated. The penetration depth of the heat development layer is also dependent on the frequency of an oscillating circuit with which an inductor coil is excited. However, the penetration depth of the heat development layer is also dependent on the temperature of the metallic material in the area of the heat development layer.
Ist die Temperatur des zu erwärmenden Guts im Bereich der Wärmeentwicklungsschicht kleiner als die Curie-Temperatur für das Material des metallischen Guts, so kann die Wärmeentwicklungsschicht eine Eindringtiefe von kleiner oder gleich 4 mm aufweisen, bevorzugt kleiner oder gleich 3 mm und besonders bevorzugt kleiner oder gleich 2 mm.If the temperature of the material to be heated in the region of the heat development layer is lower than the Curie temperature for the material of the metallic material, the heat development layer can have a penetration depth of less than or equal to 4 mm, preferably less than or equal to 3 mm and particularly preferably less than or equal to 2 mm.
Ist die Temperatur des zu erwärmenden Guts im Bereich der Wärmeentwicklungsschicht größer oder gleich der Curie-Temperatur, so kann die Wärmeentwicklungsschicht eine Eindringtiefe von kleiner oder gleich 25 mm aufweisen, bevorzugt kleiner oder gleich 20 mm und besonders bevorzugt kleiner oder gleich 15 mm. Weiterhin kann die Wärmeentwicklungsschicht bei einer Temperatur des zu erwärmenden Guts im Bereich der Wärmeentwicklungsschicht von größer oder gleich der Curie-Temperatur eine Eindringtiefe von größer oder gleich 5 mm aufweisen, bevorzugt größer oder gleich 7 mm und besonders bevorzugt größer oder gleich 10 mm.If the temperature of the material to be heated in the region of the heat development layer is greater than or equal to the Curie temperature, the heat development layer can have a penetration depth of less than or equal to 25 mm, preferably less than or equal to 20 mm and particularly preferably less than or equal to 15 mm. Furthermore, if the temperature of the material to be heated in the region of the heat development layer is greater than or equal to the Curie temperature, the heat development layer can have a penetration depth of greater than or equal to 5 mm, preferably greater than or equal to 7 mm and particularly preferably greater than or equal to 10 mm.
Eine Heizeinrichtung kann eine Mehrzahl von Induktoren aufweisen, insbesondere zwei Induktoren, drei Induktoren, vier Induktoren, fünf Induktoren oder mehr als fünf Induktoren. Diese Mehrzahl von Induktoren kann in einem gemeinsamen Induktorgehäuse angeordnet sein. Alternativ kann die Mehrzahl von Induktoren separate Induktorgehäuse aufweisen, welche in einer Reihenfolge zueinander in designierter Förderrichtung des metallischen Guts aufeinander folgend angeordnet sein können.A heating device can have a plurality of inductors, in particular two inductors, three inductors, four inductors, five inductors or more than five inductors. This plurality of inductors can be arranged in a common inductor housing. Alternatively, the plurality of inductors can have separate inductor housings, which can be arranged in a sequence in the designated conveying direction of the metallic material.
Unter einem „DFI-Modul“ wird eine Heizeinrichtung verstanden, welche dazu eingerichtet ist, ein Direct Flame Impingement (DFI)-Verfahren zum Erwärmen des metallischen Guts anzuwenden. Das DFI-Verfahren ist abweichend auch als Oxy-fuel-Verfahren bekannt. Beim DFI-Verfahren erhitzt zumindest eine Autogenflamme oder eine Sauerstoffflamme das metallische Gut unmittelbar, insbesondere durch unmittelbare Einwirkung auf das metallische Gut. Die mit dem DFI-Verfahren erreichbare Nennleistungsdichte kann bis zu zehnmal höher sein als bei herkömmlichen brennstoffbeheizten Öfen. Eine Nennleistungsdichte eines DFI-Moduls kann 1·106 W/m2 erreichen.A "DFI module" is understood to mean a heating device which is designed to use a direct flame impingement (DFI) process to heat the metallic material. The DFI process is also known as the oxy-fuel process. In the DFI process, at least one oxyacetylene flame or one oxygen flame heats the metallic material directly, in particular by directly acting on the metallic material. The nominal power density achievable with the DFI process can be up to ten times higher than with conventional fuel-fired furnaces. The nominal power density of a DFI module can reach 1·10 6 W/m 2 .
Eine Heizeinrichtung kann eine Mehrzahl von DFI-Modulen aufweisen, insbesondere zwei DFI-Module, drei DFI-Module, vier DFI-Module, fünf DFI-Module oder mehr als fünf DFI-Module.A heating device can have a plurality of DFI modules, in particular two DFI modules, three DFI modules, four DFI modules, five DFI modules or more than five DFI modules.
Diese Mehrzahl von DFI-Modulen kann in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Alternativ kann die Mehrzahl von DFI-Modulen separate Gehäuse aufweisen, welche in einer Reihenfolge zueinander in designierter Förderrichtung des metallischen Guts aufeinander folgend angeordnet sind.This plurality of DFI modules can be arranged in a common housing. Alternatively, the plurality of DFI modules can have separate housings which are arranged in a sequence in the designated conveying direction of the metallic material.
Unter einer „Homogenisierungseinrichtung“, insbesondere einer ersten Homogenisierungseinrichtung und/oder einer zweiten Homogenisierungseinrichtung, wird eine Einrichtung verstanden, die zur Homogenisierung des Temperaturverlaufs in einem metallischen Gut eingerichtet ist. Mit anderen Worten ist eine Homogenisierungseinrichtung dazu eingerichtet, Temperaturunterschiede in einem metallischen Gut zu reduzieren.A "homogenization device", in particular a first homogenization device and/or a second homogenization device, is understood to mean a device that is set up to homogenize the temperature profile in a metallic product. In other words, a homogenization device is set up to reduce temperature differences in a metallic product.
Durch Erwärmen und/oder Abkühlen eines metallischen Guts können hohe Temperaturunterschiede in dem metallischen Gut auftreten. Beim Abkühlen eines metallischen Guts kühlt ein Kern des metallischen Guts langsamer ab als dessen Oberfläche. Auch beim Erwärmen eines metallischen Guts kann es auftreten, dass die Oberfläche des metallischen Guts schneller aufheizt als dessen Kern. Weiterhin können Temperaturunterschiede auch durch einen Behandlungsprozess des metallischen Guts und/oder durch einen Gießprozess entstehen.Heating and/or cooling a metallic item can cause large temperature differences in the metallic item. When cooling a metallic item, the core of the metallic item cools more slowly than its surface. When heating a metallic item, the surface of the metallic item can also heat up more quickly than its core. Temperature differences can also arise from a treatment process of the metallic item and/or from a casting process.
Beim Gießen einer Bramme mittels einer Stranggießanlage kann eine Gießgeschwindigkeit mit welcher ein Gießstrang die Stranggießanlage verlässt einen Wert von kleiner oder gleich 0,14 m/s aufweisen, insbesondere einen Wert von kleiner oder gleich 0,1 m/s. Entsprechend sind Zeiträume von 2 Minuten für das Gießen einer Bramme mit einer Länge von 12 m üblich. In dieser Zeit kühlt ein Brammenkopf, welcher die Stranggießanlage zuerst verlassen hat, schneller ab als ein Brammenende. Ein Temperaturunterschied eines metallischen Guts ist daher nicht ausschließlich so zu verstehen, dass eine Temperaturverteilung lediglich über dem Querschnitt des metallischen Guts variiert, sie kann vielmehr auch über eine Längserstreckung des metallischen Guts variieren.When casting a slab using a continuous casting plant, the casting speed at which a cast strand leaves the continuous casting plant leaves a value of less than or equal to 0.14 m/s, in particular a value of less than or equal to 0.1 m/s. Accordingly, periods of 2 minutes are usual for casting a slab with a length of 12 m. During this time, a slab head that left the continuous casting plant first cools down faster than a slab end. A temperature difference in a metallic product is therefore not to be understood exclusively as a temperature distribution that only varies across the cross-section of the metallic product; it can also vary along the length of the metallic product.
Unter einem Homogenisieren einer Temperatur eines metallischen Guts kann eine Reduzierung eines absoluten Temperaturunterschieds des metallischen Guts beim Eintritt in die Homogenisierungseinrichtung bis zum Austritt des metallischen Guts aus der Homogenisierungseinrichtung zu verstehen sein.Homogenization of a temperature of a metallic material can be understood as a reduction of an absolute temperature difference of the metallic material when it enters the homogenization device until the metallic material exits the homogenization device.
Wird eine Bramme direkt nach dem Verlassen einer Stranggießanlage mit einem Induktor nacherwärmt, so kann ein absoluter Temperaturunterschied, insbesondere zwischen einem Kern der Bramme und der Oberfläche der Bramme, größer oder gleich 100 °C betragen. In einigen Fällen kann ein Temperaturunterschied auch größer oder gleich 300 °C betragen und bei einer sehr intensiven Erwärmung mittels einem Induktor auch größer oder gleich 650 °C.If a slab is reheated with an inductor immediately after leaving a continuous casting plant, an absolute temperature difference, especially between a core of the slab and the surface of the slab, can be greater than or equal to 100 °C. In some cases, a temperature difference can also be greater than or equal to 300 °C and, in the case of very intensive heating using an inductor, even greater than or equal to 650 °C.
Wird eine Bramme ausgehend von Raumtemperatur intensiv mit einem Induktor erwärmt, so kann ein Temperaturunterschied größer oder gleich 1.000 °C betragen, in besonderen Fällen größer oder gleich 1.300 °C.If a slab is heated intensively with an inductor starting from room temperature, the temperature difference can be greater than or equal to 1,000 °C, in special cases greater than or equal to 1,300 °C.
Eine Homogenisierungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, den Temperaturunterschied eines metallischen Guts bis zum Austritt aus der Homogenisierungseirichtung auf kleiner oder gleich 100 °C zu reduzieren, bevorzugt auf kleiner oder gleich 60 °C, weiterhin bevorzugt auf kleiner oder gleich 30 °C und besonders bevorzugt auf kleiner oder gleich 15 °C.A homogenization device can be designed to reduce the temperature difference of a metallic material up to the point of exit from the homogenization device to less than or equal to 100 °C, preferably to less than or equal to 60 °C, further preferably to less than or equal to 30 °C and particularly preferably to less than or equal to 15 °C.
Eine Homogenisierungseinrichtung kann weiterhin dazu eingerichtet sein, dass ein metallisches Gut die Homogenisierungseinrichtung mit einer gemittelten Temperatur von größer oder gleich 950 °C verlassen kann, bevorzugt mit einer gemittelten Temperatur von größer oder gleich 1.000 °C und besonders bevorzugt mit einer gemittelten Temperatur von größer oder gleich 1.050 °C.A homogenization device can further be designed so that a metallic product can leave the homogenization device with an average temperature of greater than or equal to 950 °C, preferably with an average temperature of greater than or equal to 1,000 °C and particularly preferably with an average temperature of greater than or equal to 1,050 °C.
Zweckmäßig kann eine Homogenisierungseinrichtung ein aktives Mittel zum Erwärmen eines metallischen Guts aufweisen, insbesondere zumindest einen Gasbrenner, vorzugsweise in Kombination mit zumindest einem korrespondierenden Strahlrohr. Unter anderem kann eine Homogenisierungseinrichtung als Hubbalkenofen ausgebildet sein. Eine Homogenisierungseinrichtung kann als Rollenofen ausgebildet sein. Eine Homogenisierungseinrichtung kann als Stoßofen ausgebildet sein. Eine Nennleistungsdichte eines Gasbrenners kann 1·105 W/m2 erreichen.A homogenization device can expediently have an active means for heating a metallic material, in particular at least one gas burner, preferably in combination with at least one corresponding jet pipe. Among other things, a homogenization device can be designed as a walking beam furnace. A homogenization device can be designed as a roller furnace. A homogenization device can be designed as a pusher furnace. A nominal power density of a gas burner can reach 1·10 5 W/m 2 .
Alternativ kann eine Homogenisierungseinrichtung als aktives Mittel zum Erwärmen eines metallischen Guts zumindest einen Wärmestrahler aufweisen, insbesondere zumindest einen mit elektrischer Energie betriebenen Wärmestrahler, wobei ein Wärmestrahler zur Abgabe von Wärmestrahlung an ein metallisches Gut eingerichtet ist. Ein elektrisch betriebener Wärmestrahler kann eine Nennleistungsdichte von 4·104 W/m2 erreichen.Alternatively, a homogenization device can have at least one heat radiator as an active means for heating a metallic product, in particular at least one heat radiator operated with electrical energy, wherein a heat radiator is designed to emit thermal radiation to a metallic product. An electrically operated heat radiator can achieve a nominal power density of 4·10 4 W/m 2 .
Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform kann ein Homogenisierungsofen eine Warmhaltevorrichtung als passives Mittel zum Homogenisieren der Temperaturverteilung des metallischen Guts aufweisen, welche zur thermischen Isolation des metallischen Guts gegenüber seiner Umgebung eingerichtet ist.According to an expedient embodiment, a homogenization furnace can have a warming device as a passive means for homogenizing the temperature distribution of the metallic material, which is designed to thermally insulate the metallic material from its environment.
Energetisch besonders bevorzugt kann eine Homogenisierungseinrichtung lediglich ein passives Mittel zum Homogenisieren der Temperaturverteilung des metallischen Guts aufweisen, insbesondere eine Isolationseinrichtung, bevorzugt eine Wärmehaube. Hierdurch kann die Wärmeenergie, mit welcher das metallische Gut in die Homogenisierungseinrichtung eintritt, zur ausgleichenden Verteilung der Temperatur in dem metallischen Gut genutzt werden.Particularly preferably in terms of energy, a homogenization device can have only a passive means for homogenizing the temperature distribution of the metallic material, in particular an insulation device, preferably a heat hood. As a result, the thermal energy with which the metallic material enters the homogenization device can be used to even out the temperature distribution in the metallic material.
Unter einer „Behandlungseinrichtung“ wird eine Einrichtung verstanden, mit welcher ein metallisches Gut behandelt werden kann.A “treatment facility” is a device with which a metallic item can be treated.
Gemäß einer weiteren Variante kann eine Behandlungseinrichtung als Druckumformeinrichtung ausgebildet sein, wobei ein metallisches Gut durch Druckkräfte umgeformt wird. Eine Druckumformeinrichtung kann eine Walzeinrichtung sein. Vorteilhaft wird ein metallisches Gut mit einer Startdicke von größer oder gleich 5 mm druckumgeformt, insbesondere gewalzt, bevorzugt mit einer Startdicke von größer oder gleich 10 mm und besonders bevorzugt mit einer Startdicke von größer oder gleich 30 mm.According to a further variant, a treatment device can be designed as a pressure forming device, wherein a metallic product is formed by compressive forces. A pressure forming device can be a rolling device. A metallic product with a starting thickness of greater than or equal to 5 mm is advantageously pressure formed, in particular rolled, preferably with a starting thickness of greater than or equal to 10 mm and particularly preferably with a starting thickness of greater than or equal to 30 mm.
Ebenfalls kann eine Zugumformeinrichtung als weitere Variante einer Behandlungseinrichtung vorkommen, wobei die Zugumformeinrichtung dazu ausgebildet ist, das metallische Gut durch Zugkräfte zu verformen. Eine Zugumformeinrichtung kann eine Streckeinrichtung sein, insbesondere eine Streckeinrichtung zur Verbesserung der Planheit des metallischen Guts. Vorteilhaft wird ein metallisches Gut mit einer Startdicke von kleiner oder gleich 12 mm druckumgeformt, insbesondere gestreckt, bevorzugt mit einer Startdicke von kleiner oder gleich 10 mm und besonders bevorzugt mit einer Startdicke von kleiner oder gleich 5 mm.A tensile forming device can also be used as a further variant of a treatment device, wherein the tensile forming device is designed to deform the metallic material by means of tensile forces. A tensile forming device can be a stretching device, in particular a stretching device direction for improving the flatness of the metallic product. A metallic product with a starting thickness of less than or equal to 12 mm is advantageously pressure-formed, in particular stretched, preferably with a starting thickness of less than or equal to 10 mm and particularly preferably with a starting thickness of less than or equal to 5 mm.
Unter einer „Fördereinrichtung“ wird jegliches System verstanden, welches zum Transport von einem metallischen Gut eingerichtet ist, insbesondere zum Transport von Brammen eingerichtet ist. Bevorzugt weist eine Fördereinrichtung einen Rollgang auf, insbesondere einen elektrisch angetriebenen Rollgang.A "conveying device" is understood to mean any system that is designed to transport a metallic product, in particular to transport slabs. A conveying device preferably has a roller table, in particular an electrically driven roller table.
Eine Fördereinrichtung kann mehrere unterschiedliche Segmente aufweisen, insbesondere ein erstes Segment zwischen einer Heizeinrichtung und einer Homogenisierungseinrichtung und ein zweites Segment zwischen einer Homogenisierungseinrichtung und einer Behandlungseinrichtung oder einer Endstufenheizeinrichtung. Es versteht sich, dass eine Fördereinrichtung auch weitere Segmente zwischen Anlagenbestandteilen der Warmbehandlungseinrichtung aufweisen kann. Dies schließt jedoch explizit nicht aus, dass eine Warmbehandlungseinrichtung eine Mehrzahl von Fördereinrichtungen aufweisen kann, insbesondere eine erste Fördereinrichtung zwischen einer Heizeinrichtung und einer Homogenisierungseinrichtung und eine zweite Fördereinrichtung zwischen einer Homogenisierungseinrichtung und einer Behandlungseinrichtung oder einer Endstufenheizeinrichtung.A conveyor device can have several different segments, in particular a first segment between a heating device and a homogenization device and a second segment between a homogenization device and a treatment device or a final stage heating device. It goes without saying that a conveyor device can also have further segments between system components of the heat treatment device. However, this does not explicitly exclude the possibility that a heat treatment device can have a plurality of conveyor devices, in particular a first conveyor device between a heating device and a homogenization device and a second conveyor device between a homogenization device and a treatment device or a final stage heating device.
Weiterhin kann eine Fördereinrichtung dazu eingerichtet sein, ein metallisches Gut von einer Homogenisierungseinrichtung zu einer Heizeinrichtung zu fördern, insbesondere von einer in einer Wirkverbindung zu einer Stranggießmaschine stehenden Homogenisierungseinrichtung, die zur zumindest teilweisen Aufnahme des Gießstranges eingerichtet sein kann, zu einer Heizeinrichtung, insbesondere einer ersten Heizeinrichtung.Furthermore, a conveying device can be designed to convey a metallic material from a homogenizing device to a heating device, in particular from a homogenizing device which is operatively connected to a continuous casting machine and which can be designed to at least partially receive the cast strand, to a heating device, in particular a first heating device.
Unter einer „Warmbehandlungseinrichtung“ wird eine Einrichtung und/oder eine Anlage verstanden, welche dazu eingerichtet ist, ein metallisches Gut ausgehend von einer mittleren Start-Temperatur eines metallischen Guts beim Erreichen einer Heizeinrichtung auf eine mittlere End-Temperatur eines metallischen Guts beim Verlassen einer Heizeinrichtung und/oder einer Homogenisierungseinrichtung zu erwärmen und das metallische Gut in einer Behandlungseinrichtung zu behandeln, insbesondere zu walzen, wobei die Warmbehandlungseinrichtung zumindest eine Fördereinrichtung aufweist, welche zum Fördern des metallischen Guts in Richtung der Behandlungseinrichtung eingerichtet ist.A “heat treatment device” is understood to mean a device and/or a system which is designed to heat a metallic material starting from an average starting temperature of a metallic material when it reaches a heating device to an average final temperature of a metallic material when it leaves a heating device and/or a homogenization device and to treat the metallic material in a treatment device, in particular to roll it, wherein the heat treatment device has at least one conveying device which is designed to convey the metallic material in the direction of the treatment device.
Die Warmbehandlungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, dass ein metallisches Gut bei Erreichen der Behandlungseinrichtung eine mittlere Temperatur von größer oder gleich 1.050 °C aufweist, bevorzugt von größer oder gleich 1.100 °C und besonders bevorzugt mit größer oder gleich 1.200 °C. Weiterhin vorteilhaft kann die Warmbehandlungseinrichtung dazu eingerichtet sein, dass ein metallisches Gut bei Erreichen der Behandlungseinrichtung eine mittlere Temperatur von größer oder gleich 950 °C aufweist, bevorzugt von größer oder gleich 1.050 °C und besonders bevorzugt mit größer oder gleich 1.250 °C.The heat treatment device can be set up so that a metallic product has an average temperature of greater than or equal to 1,050 °C when it reaches the treatment device, preferably greater than or equal to 1,100 °C and particularly preferably greater than or equal to 1,200 °C. Furthermore, the heat treatment device can advantageously be set up so that a metallic product has an average temperature of greater than or equal to 950 °C when it reaches the treatment device, preferably greater than or equal to 1,050 °C and particularly preferably greater than or equal to 1,250 °C.
Die Warmbehandlungseinrichtung kann dazu eingerichtet sein, dass ein metallisches Gut bei Erreichen einer Heizeinrichtung, insbesondere der ersten Heizeinrichtung, eine mittlere Temperatur von kleiner oder gleich 250 °C aufweist, bevorzugt von kleiner oder gleich 200 °C und besonders bevorzugt mit kleiner oder gleich 150 °C. Weiterhin vorteilhaft kann die Warmbehandlungseinrichtung dazu eingerichtet sein, dass ein metallisches Gut bei Erreichen einer Heizeinrichtung, insbesondere der ersten Heizeinrichtung, eine mittlere Temperatur von kleiner oder gleich 100 °C aufweist, bevorzugt von kleiner oder gleich 50 °C und besonders bevorzugt mit kleiner oder gleich 35 °C. In diesem Fall kann auch von einem Kalteinsatz des metallischen Guts in die Warmbehandlungseinrichtung gesprochen werden.The heat treatment device can be set up so that a metallic product has an average temperature of less than or equal to 250 °C, preferably less than or equal to 200 °C and particularly preferably less than or equal to 150 °C, when it reaches a heating device, in particular the first heating device. The heat treatment device can also advantageously be set up so that a metallic product has an average temperature of less than or equal to 100 °C, preferably less than or equal to 50 °C and particularly preferably less than or equal to 35 °C, when it reaches a heating device, in particular the first heating device. In this case, the metallic product can also be referred to as cold insertion into the heat treatment device.
Zweckmäßig kann die Warmbehandlungseinrichtung dazu eingerichtet sein, dass ein metallisches Gut bei Erreichen einer Heizeinrichtung, insbesondere der ersten Heizeinrichtung, eine mittlere Temperatur von kleiner oder gleich 650 °C aufweist, bevorzugt von kleiner oder gleich 550 °C und besonders bevorzugt mit kleiner oder gleich 450 °C. In diesem Fall kann auch von einem Warmeinsatz des metallischen Guts in die Warmbehandlungseinrichtung gesprochen werden. Weiterhin kann die Warmbehandlungseinrichtung für den Warmeinsatz dazu eingerichtet sein, dass ein metallisches Gut bei Erreichen einer Heizeinrichtung, insbesondere der ersten Heizeinrichtung, eine mittlere Temperatur von größer oder gleich 200 °C aufweist, bevorzugt von größer oder gleich 250 °C und besonders bevorzugt mit größer oder gleich 300 °C.The heat treatment device can be expediently set up so that a metallic product has an average temperature of less than or equal to 650 °C, preferably less than or equal to 550 °C and particularly preferably less than or equal to 450 °C when it reaches a heating device, in particular the first heating device. In this case, one can also speak of a hot use of the metallic product in the heat treatment device. Furthermore, the heat treatment device for hot use can be set up so that a metallic product has an average temperature of greater than or equal to 200 °C, preferably greater than or equal to 250 °C and particularly preferably greater than or equal to 300 °C when it reaches a heating device, in particular the first heating device.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann die Warmbehandlungseinrichtung dazu eingerichtet sein, dass ein metallisches Gut bei Erreichen einer Heizeinrichtung, insbesondere der ersten Heizeinrichtung, eine mittlere Temperatur von größer oder gleich 600 °C aufweist, bevorzugt von größer oder gleich 700 °C und besonders bevorzugt mit größer oder gleich 800 °C. Bei einer Start-Temperatur des metallischen Guts in einer der vorstehenden Größenordnungen kann auch von einem Direkteinsatz des metallischen Guts gesprochen werden.According to a particularly preferred embodiment, the heat treatment device can be designed so that a metallic product has an average temperature of greater than or equal to 600 °C, preferably greater than or equal to 700 °C and particularly preferably greater than or equal to 800 °C, when it reaches a heating device, in particular the first heating device. With a starting temperature of the metallic product in one of the above orders of magnitude, one can also speak of a direct use of the metallic goods.
Besonders bevorzugt kann die Warmbehandlungseinrichtung dazu eingerichtet sein, die vorstehenden Einsatzszenarios „Kalteinsatz“ und/oder „Warmeinsatz“ und/oder „Direkteinsatz“ miteinander zu kombinieren. Dabei ist unter anderem denkbar, dass die Warmbehandlungseinrichtung korrespondierend zu einer oder mehreren Gießmaschinen und/oder zu einem Warmlager für ein metallisches Gut und/oder zu einem Kaltlager für ein metallisches Gut angeordnet ist. Die Warmbehandlungseinrichtung kann alternierend oder in einer beliebigen Reihenfolge mit einem metallischen Gut unterschiedlicher Temperatur verwendet werden. So kann eine Warmbehandlungseinrichtung dazu eingerichtet sein, in beliebiger Abfolge mit metallischen Gütern unterschiedlichster Temperaturen betrieben zu werden.Particularly preferably, the heat treatment device can be set up to combine the above application scenarios "cold use" and/or "hot use" and/or "direct use". It is conceivable, among other things, that the heat treatment device is arranged corresponding to one or more casting machines and/or to a hot storage facility for a metallic product and/or to a cold storage facility for a metallic product. The heat treatment device can be used alternately or in any order with a metallic product of different temperatures. A heat treatment device can thus be set up to be operated in any order with metallic products of different temperatures.
Unter einer mittleren Temperatur eines metallischen Guts kann eine volumengemittelte mittlere Temperatur des metallischen Guts verstanden werden.The mean temperature of a metallic material can be understood as a volume-averaged mean temperature of the metallic material.
Insbesondere die Verbesserung der energetischen Prozesseffizienz einer Warmbehandlungseinrichtung und/oder die Reduzierung der von einer Warmbehandlungseinrichtung freigesetzten Kohlendioxidemission durch den Einsatz kohlenstoffarmer Energiequellen kann vorteilhaft mittels einer Heizeinrichtung aufweisend eine Nennleistungsdichte in das metallische Gut von größer oder gleich 5·105 W/m2, vorzugsweise von größer oder gleich 1·106 W/m2, erreicht werden.In particular, the improvement of the energetic process efficiency of a heat treatment device and/or the reduction of the carbon dioxide emissions released by a heat treatment device through the use of low-carbon energy sources can advantageously be achieved by means of a heating device having a nominal power density in the metallic material of greater than or equal to 5·10 5 W/m 2 , preferably of greater than or equal to 1·10 6 W/m 2 .
Heizeinrichtungen aufweisend eine derart hohe Nennleistungsdichte können vorteilhaft für die energetische Effizienz mit einer kompakten Länge und damit einer kurzen Durchlaufzeit umgesetzt werden, da die für die Temperaturerhöhung benötigte Leistung in einer vergleichsweise kompakten Bauform an das metallische Gut übertragen werden kann. Hierdurch kann insbesondere ein energetischer Prozesswirkungsgrad vorteilhaft beeinflusst werden, insbesondere durch Reduzierung von Wärmeverlusten. Außerdem kann die hier vorgeschlagene Warmbehandlungseinrichtung insgesamt kompakter ausgeführt werden.Heating devices with such a high nominal power density can be implemented with a compact length and thus a short throughput time, which is advantageous for energy efficiency, since the power required to increase the temperature can be transferred to the metallic material in a comparatively compact design. This can have a particularly advantageous effect on the energy process efficiency, in particular by reducing heat losses. In addition, the heat treatment device proposed here can be designed to be more compact overall.
Heizeinrichtungen mit entsprechend hoher Nennleistungsdichte, insbesondere ein Induktor und/oder ein DFI-Modul, bedingen physikalisch jedoch eine begrenzte unmittelbare Eindringtiefe der Wärme über die Oberfläche des metallischen Guts. So kann an der Oberfläche des metallischen Guts bereits eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Materials erreicht werden, während die Kerntemperatur des metallischen Guts noch Raumtemperatur aufweisen kann. Im Verlauf der Zeit können sich Temperaturunterschiede ausgleichen, wobei jedoch Wärme an die Umgebung des metallischen Guts abgegeben wird.Heating devices with a correspondingly high nominal power density, in particular an inductor and/or a DFI module, physically require a limited direct penetration depth of the heat over the surface of the metallic item. A temperature above the melting point of the material can be reached on the surface of the metallic item, while the core temperature of the metallic item can still be at room temperature. Temperature differences can equalize over time, but heat is released into the environment of the metallic item.
Hier wird eine Kombination aus einer Heizeinrichtung mit hoher Nennleistungsdichte und einer Homogenisierungseinrichtung vorgeschlagen, wobei die Homogenisierungseinrichtung zur Reduzierung von Temperaturunterschieden in dem metallischen Gut eingerichtet ist, welche durch die Erhitzung mittels der Heizeinrichtung mit hoher Nennleistungsdichte hervorgerufen worden sind.Here, a combination of a heating device with a high nominal power density and a homogenization device is proposed, wherein the homogenization device is designed to reduce temperature differences in the metallic material which have been caused by heating by means of the heating device with a high nominal power density.
Die Kombination aus Heizeinrichtung und Homogenisierungseinrichtung kann vorteilhaft ein energieeffizientes und/oder kohlendioxidarmes Erwärmen eines metallischen Guts auf eine hohe mittlere Temperatur bei geringen lokalen Temperaturunterschieden ermöglichen. Das derart temperierte metallische Gut kann vorteilhaft von der nachfolgenden Behandlungseinrichtung behandelt werden, insbesondere gewalzt werden.The combination of heating device and homogenization device can advantageously enable energy-efficient and/or low-carbon heating of a metallic material to a high average temperature with small local temperature differences. The metallic material tempered in this way can advantageously be treated by the subsequent treatment device, in particular rolled.
Im Zuge der Modernisierung bestehender Warmbehandlungseinrichtungen aufweisend eine Heizeinrichtung mit einer Nennleistungsdichte von kleiner oder gleich 1·105 W/m2 sei außerdem daran gedacht, eine bestehende Heizeinrichtung funktional als Homogenisierungseinrichtung weiter zu nutzen und ihr eine moderne Heizeinrichtung mit einer Nennleistungsdichte von größer oder gleich 5·105 W/m2, vorzugsweise größer oder gleich 1·106 W/m2, vorteilhaft voranzustellen. Hierdurch kann durch einen moderaten Eingriff in die bestehende Warmbehandlungseinrichtung die Energieeffizienz verbessert und/oder die Kohlendioxidemission reduziert werden.In the course of modernizing existing heat treatment facilities having a heating device with a nominal power density of less than or equal to 1·10 5 W/m 2 , it is also intended to continue to use an existing heating device functionally as a homogenization device and to advantageously place a modern heating device with a nominal power density of greater than or equal to 5·10 5 W/m 2 , preferably greater than or equal to 1·10 6 W/m 2 , in front of it. In this way, energy efficiency can be improved and/or carbon dioxide emissions reduced through a moderate intervention in the existing heat treatment facility.
Gemäß einer optionalen Ausführungsform weist das metallische Gut eine Dicke von größer oder gleich 50 mm auf, bevorzugt eine Dicke von größer oder gleich 150 mm und besonders bevorzugt eine Dicke von größer oder gleich 200 mm.According to an optional embodiment, the metallic material has a thickness of greater than or equal to 50 mm, preferably a thickness of greater than or equal to 150 mm and particularly preferably a thickness of greater than or equal to 200 mm.
Insbesondere kann die Kombination von Heizeinrichtung und Homogenisierungseinrichtung ab einer Dicke des metallischen Guts von größer oder gleich 20 mm besonders vorteilhaft auf die Behandlung des metallischen Guts wirken, bevorzugt ab einer Dicke von größer oder gleich 35 mm, weiterhin bevorzugt ab einer Dicke von größer oder gleich 50 mm und besonders bevorzugt ab einer Dicke von größer oder gleich 75 mm. Weiterhin vorteilhaft kann die hier vorgeschlagene Kombination von Heizeinrichtung und Homogenisierungseinrichtung ab einer Dicke des metallischen Guts von größer oder gleich 100 mm besonders vorteilhaft auf die Behandlung des metallischen Guts wirken, bevorzugt ab einer Dicke von größer oder gleich 135 mm, weiterhin bevorzugt ab einer Dicke von größer oder gleich 180 mm und besonders bevorzugt ab einer Dicke von größer oder gleich 250 mm.In particular, the combination of heating device and homogenization device can have a particularly advantageous effect on the treatment of the metallic goods from a thickness of greater than or equal to 20 mm, preferably from a thickness of greater than or equal to 35 mm, further preferably from a thickness of greater than or equal to 50 mm and particularly preferably from a thickness of greater than or equal to 75 mm. Furthermore, the combination of heating device and homogenization device proposed here can have a particularly advantageous effect on the treatment of the metallic goods from a thickness of greater than or equal to 100 mm, preferably from a thickness of greater than or equal to 135 mm. further preferred from a thickness of greater than or equal to 180 mm and particularly preferred from a thickness of greater than or equal to 250 mm.
Es versteht sich, dass die vorstehend spezifizierten Werte für die Dicke des metallischen Guts mit der Eindringtiefe der Heizeinrichtung mit hoher Nennleistungsdichte und damit dem Bedarf zur Homogenisierung von Temperaturunterschieden in dem metallischen Gut wechselwirken können.It is understood that the values specified above for the thickness of the metallic material may interact with the penetration depth of the heating device with high nominal power density and thus the need to homogenize temperature differences in the metallic material.
Optional weist das metallische Gut ein Verhältnis von einer Breite des metallischen Guts zu einer Dicke des metallischen Guts von größer oder gleich 1,1 auf, bevorzugt von größer oder gleich 1,5, weiterhin bevorzugt von größer oder gleich 5 und besonders bevorzugt von größer oder gleich 10.Optionally, the metallic material has a ratio of a width of the metallic material to a thickness of the metallic material of greater than or equal to 1.1, preferably greater than or equal to 1.5, further preferably greater than or equal to 5 and particularly preferably greater than or equal to 10.
Weiterhin vorzugsweise weist das metallische Gut ein Verhältnis von einer Breite des metallischen Guts zu einer Dicke des metallischen Guts von größer oder gleich 1,25 auf, bevorzugt von größer oder gleich 2,5, weiterhin bevorzugt von größer oder gleich 8 und besonders bevorzugt von größer oder gleich 16.Furthermore, the metallic material preferably has a ratio of a width of the metallic material to a thickness of the metallic material of greater than or equal to 1.25, preferably greater than or equal to 2.5, further preferably greater than or equal to 8 and particularly preferably greater than or equal to 16.
Heizeinrichtungen mit einer vergleichsweise hohen Nennleistungsdichte profitieren von einem hohen Verhältnis von der Breite des metallischen Guts zu der Dicke des metallischen Guts. Insbesondere kann bei größeren Verhältnissen von Breite zu Dicke ein höherer Anteil einer Querschnittsfläche des metallischen Guts über die unmittelbare Eindringtiefe der Wärme von der Heizeinrichtung mit hoher Nennleistungsdichte erreicht werden, wodurch der Aufwand zur Homogenisierung von Temperaturunterschieden in dem metallischen Gut reduziert werden kann.Heating devices with a comparatively high nominal power density benefit from a high ratio of the width of the metallic material to the thickness of the metallic material. In particular, with larger width-to-thickness ratios, a higher proportion of a cross-sectional area of the metallic material can be reached via the direct penetration depth of the heat from the heating device with a high nominal power density, whereby the effort required to homogenize temperature differences in the metallic material can be reduced.
Im Gegensatz hierzu können Heizeinrichtungen mit geringer Nennleistungsdichte, insbesondere klassische Öfen aufweisend einen Gasbrenner, von einem höheren Verhältnis von Oberfläche des metallischen Guts zum Volumen des metallischen Guts profitieren, welches durch ein besonders kleines Verhältnis von Breite zu Dicke des metallischen Guts erreicht werden kann.In contrast, heating devices with a low nominal power density, in particular classic ovens having a gas burner, can benefit from a higher ratio of the surface area of the metallic material to the volume of the metallic material, which can be achieved by a particularly small ratio of the width to the thickness of the metallic material.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform weist das metallische Gut ein Verhältnis von einem Umfang des metallischen Guts zu einer Querschnittsfläche des metallischen Guts von kleiner oder gleich 3,25 1/mm auf, bevorzugt von kleiner oder gleich 2,5 1/mm, weiterhin bevorzugt von kleiner oder gleich 2,3 1/mm und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 2,1 1/mm.According to an expedient embodiment, the metallic material has a ratio of a circumference of the metallic material to a cross-sectional area of the metallic material of less than or equal to 3.25 1/mm, preferably less than or equal to 2.5 1/mm, further preferably less than or equal to 2.3 1/mm and particularly preferably less than or equal to 2.1 1/mm.
Gemäß einer weiterhin zweckmäßigen Ausführungsform weist das metallische Gut ein Verhältnis von einem Umfang des metallischen Guts zu einer Querschnittsfläche des metallischen Guts von kleiner oder gleich 3 1/mm auf, bevorzugt von kleiner oder gleich 2,75 1/mm, weiterhin bevorzugt von kleiner oder gleich 2,4 1/mm und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 2,2 1/mm.According to a further expedient embodiment, the metallic material has a ratio of a circumference of the metallic material to a cross-sectional area of the metallic material of less than or equal to 3 1/mm, preferably of less than or equal to 2.75 1/mm, further preferably of less than or equal to 2.4 1/mm and particularly preferably of less than or equal to 2.2 1/mm.
Es hat sich gezeigt, dass ein kleines Verhältnis aus Umfang zu Querschnittsfläche vorteilhaft für die Temperierung des metallischen Guts mit einer Heizeinrichtung mit einer Nennleistungsdichte von größer oder gleich 5·105 W/m2 ist, vorzugsweise von größer oder gleich 1·106 W/m2, sodass eine energieeffiziente und/oder kohlendioxidemissionsarme Warmbehandlung des metallischen Guts mit der hier vorgeschlagenen Warmbehandlungseinrichtung erreicht werden kann.It has been shown that a small ratio of circumference to cross-sectional area is advantageous for the tempering of the metallic material with a heating device with a nominal power density of greater than or equal to 5·10 5 W/m 2 , preferably greater than or equal to 1·10 6 W/m 2 , so that an energy-efficient and/or low-carbon dioxide emission heat treatment of the metallic material can be achieved with the heat treatment device proposed here.
Optional ist die Fördereinrichtung zum Fördern des metallischen Guts von der Heizeinrichtung in Richtung der Homogenisierungseinrichtung ausgebildet.Optionally, the conveying device is designed to convey the metallic material from the heating device towards the homogenizing device.
Zweckmäßig ist die Fördereinrichtung zum Fördern des metallischen Guts von der Homogenisierungseinrichtung in Richtung der Behandlungseinrichtung ausgebildet.The conveying device is expediently designed to convey the metallic material from the homogenization device in the direction of the treatment device.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Warmbehandlungseinrichtung zumindest zwei Heizeinrichtungen und zumindest zwei Homogenisierungseinrichtungen auf, insbesondere eine erste Heizeinrichtung, eine erste Homogenisierungseinrichtung, eine zweite Heizeinrichtung und eine zweite Homogenisierungseinrichtung, wobei die Fördereinrichtung zum Fördern des metallischen Guts von der ersten Heizeinrichtung in Richtung der ersten Homogenisierungseinrichtung, von der ersten Homogenisierungseinrichtung in Richtung der zweiten Heizeinrichtung, von der zweiten Heizeinrichtung in Richtung der zweiten Homogenisierungseinrichtung und von der zweiten Homogenisierungseinrichtung in Richtung der Behandlungseinrichtung eingerichtet ist.According to a preferred embodiment, the heat treatment device has at least two heating devices and at least two homogenization devices, in particular a first heating device, a first homogenization device, a second heating device and a second homogenization device, wherein the conveying device is designed to convey the metallic material from the first heating device in the direction of the first homogenization device, from the first homogenization device in the direction of the second heating device, from the second heating device in the direction of the second homogenization device and from the second homogenization device in the direction of the treatment device.
Weiterhin bevorzug weist die Warmbehandlungseinrichtung zumindest drei Heizeinrichtungen und zumindest drei Homogenisierungseinrichtungen auf, insbesondere eine erste Heizeinrichtung, eine erste Homogenisierungseinrichtung, eine zweite Heizeinrichtung, eine zweite Homogenisierungseinrichtung, eine dritte Heizeinrichtung und eine dritte Homogenisierungseinrichtung, wobei die Fördereinrichtung zum Fördern des metallischen Guts von der ersten Heizeinrichtung in Richtung der ersten Homogenisierungseinrichtung, von der ersten Homogenisierungseinrichtung in Richtung der zweiten Heizeinrichtung, von der zweiten Heizeinrichtung in Richtung der zweiten Homogenisierungseinrichtung, von der zweiten Homogenisierungseinrichtung in Richtung der dritten Heizeinrichtung, von der dritten Heizeinrichtung in Richtung der dritten Homogenisierungseinrichtung und von der dritten Homogenisierungseinrichtung in Richtung der Behandlungseinrichtung eingerichtet ist.Furthermore, the heat treatment device preferably has at least three heating devices and at least three homogenization devices, in particular a first heating device, a first homogenization device, a second heating device, a second homogenization device, a third heating device and a third homogenization device, wherein the conveying device for conveying the metallic material from the first heating device in the direction of the first homogenization device, from the first homogenization device in the direction of the second heating device, from the second heating device in the direction of the second homogenization device, from the second homogenization device in the direction of the third heating device, from the third Heating device in the direction of the third homogenization device and from the third homogenization device in the direction of the treatment device.
Optional können die drei Heizeinrichtungen und die drei Homogenisierungseinrichtungen blockweise hintereinander angeordnet sein und durch Fördereinrichtungen miteinander verbunden sein.Optionally, the three heating devices and the three homogenization devices can be arranged in blocks one behind the other and connected to each other by conveyor devices.
Es versteht sich, dass eine Heizeinrichtung mit einer Nennleistungsdichte von größer oder gleich 5·105 W/m2, vorzugsweise größer oder gleich 1·106 W/m2, nur so viel Leistung auf das metallische Gut übertragen kann, dass eine Kante des metallischen Guts und/oder eine Oberfläche des metallischen Guts gerade noch nicht aufgeschmolzen werden. Insbesondere bei größeren absoluten Dicken des zu erwärmenden Guts und/oder hohen End-Temperaturen und/oder geringen Temperaturen beim Einsatz des metallischen Guts in die erste Heizeinrichtung kann somit etwaig mit einer ersten Heizeinrichtung ohne zwischenzeitliche Homogenisierung der Temperaturunterschiede nicht die für die Behandlungseinrichtung notwendige Erwärmung erreicht werden.It is understood that a heating device with a nominal power density of greater than or equal to 5·10 5 W/m 2 , preferably greater than or equal to 1·10 6 W/m 2 , can only transfer so much power to the metallic item that an edge of the metallic item and/or a surface of the metallic item is just not melted. In particular with greater absolute thicknesses of the item to be heated and/or high final temperatures and/or low temperatures when inserting the metallic item into the first heating device, the heating required for the treatment device may not be achieved with a first heating device without intermediate homogenization of the temperature differences.
Mit der hier vorgeschlagenen Kaskade aus Heizeinrichtungen und Homogenisierungseinrichtungen kann die für die Behandlungseinrichtung notwendige Erwärmung des metallischen Guts vorteilhaft erreicht werden.With the cascade of heating devices and homogenization devices proposed here, the heating of the metallic material required for the treatment device can be advantageously achieved.
Weiterhin bevorzugt weist die Warmbehandlungseinrichtung eine Endstufenheizeinrichtung auf, insbesondere eine Endstufenheizeinrichtung mit einer Nennleistungsdichte in das metallische Gut von größer oder gleich 5·105 W/m2, vorzugsweise größer oder gleich 1·106 W/m2, bevorzugt größer oder gleich 5·106 W/m2 und besonders bevorzugt größer oder gleich 2·107 W/m2, wobei die Fördereinrichtung zum Fördern des metallischen Guts von einer Homogenisierungseinrichtung in Richtung der Endstufenheizeinrichtung und von der Endstufenheizeinrichtung in Richtung der Behandlungseinrichtung eingerichtet ist.Furthermore, the heat treatment device preferably has a final stage heating device, in particular a final stage heating device with a nominal power density in the metallic material of greater than or equal to 5·10 5 W/m 2 , preferably greater than or equal to 1·10 6 W/m 2 , preferably greater than or equal to 5·10 6 W/m 2 and particularly preferably greater than or equal to 2·10 7 W/m 2 , wherein the conveying device is set up to convey the metallic material from a homogenization device in the direction of the final stage heating device and from the final stage heating device in the direction of the treatment device.
Begrifflich sei hierzu Folgendes erläutert:
- Unter einer „Endstufenheizeinrichtung“ wird eine Heizeinrichtung mit einer Nennleistungsdichte von größer oder gleich 5·105 W/m2 verstanden, vorzugsweise größer oder gleich 1·106 W/m2, welche unmittelbar vor der Behandlungseinrichtung angeordnet ist.
- A “final stage heating device” is understood to mean a heating device with a nominal power density of greater than or equal to 5·10 5 W/m 2 , preferably greater than or equal to 1·10 6 W/m 2 , which is arranged immediately upstream of the treatment device.
Einige Materialien von metallischen Gütern werden vorzugsweise bei einer höheren mittleren Temperatur behandelt, insbesondere gewalzt. Zur Erhöhung der Flexibilität für unterschiedliche Materialien wird daher vorgeschlagen, dass die Warmbehandlungseinrichtung eine Endstufenheizeinrichtung aufweisen kann, welche lediglich die Materialien mit einer spezifisch erhöhten optimalen Behandlungstemperatur nacherwärmt und keinen Einfluss auf andere Materialien nehmen muss, dies jedoch in vorteilhaften Fällen tun kann.Some materials of metallic goods are preferably treated, in particular rolled, at a higher average temperature. To increase flexibility for different materials, it is therefore proposed that the heat treatment device can have a final stage heating device which only reheats the materials with a specifically increased optimal treatment temperature and does not have to influence other materials, but can do so in advantageous cases.
Zur Steigerung der Energieeffizienz und/oder zur Reduzierung der Kohlendioxidemissionen wird daher vorgeschlagen, die Endstufenheizeinrichtung mit einer Nennleistungsdichte in das metallische Gut von größer oder gleich 5·105 W/m2 auszuführen, vorzugsweise größer oder gleich 1·106 W/m2, insbesondere als DFI-Modul und/oder als Induktor, da diese Bauformen ohne Vorwärmzeit bedarfsgerecht verwendet werden können.In order to increase energy efficiency and/or to reduce carbon dioxide emissions, it is therefore proposed to design the final stage heating device with a nominal power density in the metallic material of greater than or equal to 5·10 5 W/m 2 , preferably greater than or equal to 1·10 6 W/m 2 , in particular as a DFI module and/or as an inductor, since these designs can be used as required without a preheating time.
Vorzugsweise weist die Endstufenheizeinrichtung eine Nennleistungsdichte von größer oder gleich 9·105 W/m2 auf, bevorzugt von größer oder gleich 2·106 W/m2 und besonders bevorzugt von größer oder gleich 3,5·106 W/m2. Weiterhin vorzugsweise weist die Endstufenheizeinrichtung eine Nennleistungsdichte von größer oder gleich 7·106 W/m2 auf, bevorzugt von größer oder gleich 8,5·106 W/m2 und besonders bevorzugt von größer oder gleich 1·107 W/m2.Preferably, the final stage heating device has a nominal power density of greater than or equal to 9·10 5 W/m 2 , preferably greater than or equal to 2·10 6 W/m 2 and particularly preferably greater than or equal to 3.5·10 6 W/m 2 . Furthermore, preferably, the final stage heating device has a nominal power density of greater than or equal to 7·10 6 W/m 2 , preferably greater than or equal to 8.5·10 6 W/m 2 and particularly preferably greater than or equal to 1·10 7 W/m 2 .
Eine Endstufenheizeinrichtung kann eine Mehrzahl von Induktoren aufweisen, insbesondere zwei Induktoren, drei Induktoren, vier Induktoren, fünf Induktoren oder mehr als fünf Induktoren. Eine Endstufenheizeinrichtung kann eine Mehrzahl von DFI-Modulen aufweisen, insbesondere zwei DFI-Module, drei DFI-Module, vier DFI-Module, fünf DFI-Module oder mehr als fünf DFI-Module.A power stage heating device can have a plurality of inductors, in particular two inductors, three inductors, four inductors, five inductors or more than five inductors. A power stage heating device can have a plurality of DFI modules, in particular two DFI modules, three DFI modules, four DFI modules, five DFI modules or more than five DFI modules.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass eine Endstufenheizeinrichtung nach der Behandlungseinrichtung angeordnet ist. Auf diese Weise kann die Temperatur des metallischen Guts nach dem Behandeln nochmals erhöht werden. Hierbei sei unter anderem an ein Behandeln mittels Entzundern gedacht.It is also proposed that a final stage heating device be arranged after the treatment device. In this way, the temperature of the metallic material can be increased again after treatment. Treatment by means of descaling is one option.
Zweckmäßig ist die Endstufenheizeinrichtung dazu eingerichtet, das metallische Gut auf eine mittlere Temperatur von größer oder gleich 1.125 °C zu erwärmen, bevorzugt von größer oder gleich 1.175 °C und besonders bevorzugt von größer oder gleich 1.225 °C.The final stage heating device is expediently designed to heat the metallic material to an average temperature of greater than or equal to 1,125 °C, preferably greater than or equal to 1,175 °C and particularly preferably greater than or equal to 1,225 °C.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht eine Heizeinrichtung, insbesondere die erste Heizeinrichtung und/oder die zweite Heizeinrichtung und/oder die Endstufenheizeinrichtung, aus einem Induktor und/oder weist zumindest einen Induktor auf.According to a particularly preferred embodiment, a heating device, in particular the first heating device and/or the second heating device and/or the final stage heating device, consists of an inductor and/or has at least one inductor.
Bevorzugt besteht eine Heizeinrichtung, insbesondere die erste Heizeinrichtung und/oder die zweite Heizeinrichtung und/oder die Endstufenheizeinrichtung, aus einem DFI-Modul und/oder weist zumindest ein DFI-Modul auf.Preferably, a heating device, in particular the first heating device and/or the second heating device and/or the final stage heating device, consists of a DFI module and/or has at least one DFI module.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform weist eine Heizeinrichtung, insbesondere die erste Heizeinrichtung und/oder die zweite Heizeinrichtung und/oder die Endstufenheizeinrichtung, eine Längserstreckung von kleiner oder gleich 1 Länge des metallischen Guts auf, bevorzugt von kleiner oder gleich 0,7 Längen des metallischen Guts und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 0,5 Längen des metallischen Guts.According to an expedient embodiment, a heating device, in particular the first heating device and/or the second heating device and/or the final stage heating device, has a longitudinal extension of less than or equal to 1 length of the metallic material, preferably of less than or equal to 0.7 lengths of the metallic material and particularly preferably of less than or equal to 0.5 lengths of the metallic material.
Weiterhin zweckmäßig weist eine Heizeinrichtung eine Längserstreckung von kleiner oder gleich 0,85 Längen des metallischen Guts auf, bevorzugt von kleiner oder gleich 0,6 Längen des metallischen Guts und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 0,4 Längen des metallischen Guts.Furthermore, a heating device expediently has a longitudinal extension of less than or equal to 0.85 lengths of the metallic material, preferably of less than or equal to 0.6 lengths of the metallic material and particularly preferably of less than or equal to 0.4 lengths of the metallic material.
Besonders bevorzugt weist eine Heizeinrichtung, insbesondere die erste Heizeinrichtung und/oder die zweite Heizeinrichtung und/oder die Endstufenheizeinrichtung, eine Längserstreckung von größer oder gleich 0,2 Längen des metallischen Guts auf, bevorzugt von größer oder gleich 0,3 Längen des metallischen Guts und besonders bevorzugt von größer oder gleich 0,4 Längen des metallischen Guts.Particularly preferably, a heating device, in particular the first heating device and/or the second heating device and/or the final stage heating device, has a longitudinal extension of greater than or equal to 0.2 lengths of the metallic material, preferably of greater than or equal to 0.3 lengths of the metallic material and particularly preferably of greater than or equal to 0.4 lengths of the metallic material.
Versuche haben gezeigt, dass mit den vorstehend beschriebenen Werten für die Längserstreckung der Heizeinrichtung eine besonders ökonomische Erwärmung des metallischen Guts erreicht werden kann.Tests have shown that with the values described above for the longitudinal extension of the heating device, a particularly economical heating of the metallic material can be achieved.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist eine Homogenisierungseinrichtung, insbesondere die erste Homogenisierungseinrichtung und/oder die zweite Homogenisierungseinrichtung, eine Längserstreckung in Förderrichtung von kleiner oder gleich 2,7 Längen des metallischen Guts auf, bevorzugt von kleiner oder gleich 2,6 Längen des metallischen Guts und besonders bevorzugt von kleiner oder gleich 2,5 Längen des metallischen Guts.According to a particularly preferred embodiment, a homogenization device, in particular the first homogenization device and/or the second homogenization device, has a longitudinal extension in the conveying direction of less than or equal to 2.7 lengths of the metallic material, preferably less than or equal to 2.6 lengths of the metallic material and particularly preferably less than or equal to 2.5 lengths of the metallic material.
Versuche haben gezeigt, dass mit den vorstehend beschriebenen Werten für die Längserstreckung der Homogenisierungseinrichtung eine besonders ökonomische Homogenisierung des metallischen Guts erreicht werden kann.Tests have shown that with the values described above for the longitudinal extension of the homogenization device, a particularly economical homogenization of the metallic material can be achieved.
Zweckmäßig besteht eine Homogenisierungseinrichtung, insbesondere die erste Homogenisierungseinrichtung und/oder die zweite Homogenisierungseinrichtung, aus einer isolierenden Warmhaltevorrichtung und/oder weist zumindest eine isolierenden Warmhaltevorrichtung auf.A homogenization device, in particular the first homogenization device and/or the second homogenization device, expediently consists of an insulating heat-retaining device and/or has at least one insulating heat-retaining device.
Optional weist eine Homogenisierungseinrichtung, insbesondere die erste Homogenisierungseinrichtung und/oder die zweite Homogenisierungseinrichtung, zumindest einen Gasbrenner aufweist, insbesondere zumindest einen Gasbrenner in einem Strahlrohr. Optionally, a homogenization device, in particular the first homogenization device and/or the second homogenization device, has at least one gas burner, in particular at least one gas burner in a jet pipe.
Weiterhin optional weist eine Homogenisierungseinrichtung, insbesondere die erste Homogenisierungseinrichtung und/oder die zweite Homogenisierungseinrichtung, zumindest einen elektrischen Wärmestrahler auf.Furthermore optionally, a homogenization device, in particular the first homogenization device and/or the second homogenization device, has at least one electric heat radiator.
Gemäß einer optionalen Ausführungsform weist die Behandlungseinrichtung eine Druckumformeinrichtung zum Druckumformen des metallischen Guts auf, insbesondere eine Walzeinrichtung zum Walzen des metallischen Guts.According to an optional embodiment, the treatment device has a pressure forming device for pressure forming the metallic material, in particular a rolling device for rolling the metallic material.
Gemäß einer weiteren optionalen Ausführungsform weist die Behandlungseinrichtung eine Zugumformeinrichtung zum Zugumformen des metallischen Guts auf, insbesondere eine Streckeinrichtung zum Streckrichten des metallischen Guts.According to a further optional embodiment, the treatment device has a tensile forming device for tensile forming the metallic material, in particular a stretching device for stretch-straightening the metallic material.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung löst die Aufgabe ein Verfahren zum Erwärmen und Behandeln eines metallischen Guts mit einer Warmbehandlungseinrichtung nach dem ersten Aspekt der Erfindung, wobei der Warmbehandlungseinrichtung ein metallisches Gut mit einer mittleren Temperatur von kleiner oder gleich 700 °C zugeführt wird, bevorzugt mit einer mittleren Temperatur von kleiner oder gleich 800 °C und besonders bevorzugt mit einer mittleren Temperatur von kleiner oder gleich 950 °C.According to a second aspect of the invention, the object is achieved by a method for heating and treating a metallic material with a heat treatment device according to the first aspect of the invention, wherein a metallic material with an average temperature of less than or equal to 700 °C is fed to the heat treatment device, preferably with an average temperature of less than or equal to 800 °C and particularly preferably with an average temperature of less than or equal to 950 °C.
Insbesondere kann so vorteilhaft ein Mischeinsatz der Warmbehandlungseinrichtung etabliert werden, wobei ein Kalteinsatz und/oder ein Warmeinsatz und/oder ein Direkteinsatz vorteilhaft in einer Warmbehandlungseinrichtung miteinander kombiniert werden können.In particular, a mixed use of the heat treatment device can be advantageously established, whereby a cold use and/or a hot use and/or a direct use can advantageously be combined with one another in a heat treatment device.
Zweckmäßig wird der Warmbehandlungseinrichtung ein metallisches Gut mit einer mittleren Temperatur von kleiner oder gleich 400 °C zugeführt, bevorzugt mit einer mittleren Temperatur von kleiner oder gleich 500 °C und besonders bevorzugt mit einer mittleren Temperatur von kleiner oder gleich 600 °C.Suitably, a metallic material with an average temperature of less than or equal to 400 °C is fed to the heat treatment device, preferably with an average temperature of less than or equal to 500 °C and particularly preferably with an average temperature of less than or equal to 600 °C.
Mit den vorstehenden Temperaturwerten kann vorteilhaft ein Warmeinsatzverfahren verwendet werden und es können Energiebedarf und Emission reduziert werden.With the above temperature values, a warm-up process can be advantageously used and energy consumption and emissions can be reduced.
Optional wird der Warmbehandlungseinrichtung ein metallisches Gut mit einer mittleren Temperatur von kleiner oder gleich 100 °C zugeführt, bevorzugt mit einer mittleren Temperatur von kleiner oder gleich 200 °C und besonders bevorzugt mit einer mittleren Temperatur von kleiner oder gleich 300 °C.Optionally, a metallic material with an average temperature of less than or equal to 100 °C is fed to the heat treatment device, preferably with an average temperature of less than or equal to 200 °C and particularly preferably with an average temperature of less than or equal to 300 °C.
Auf diese Weise kann die Warmbehandlungseinrichtung auch für den Kalteinsatz vorteilhaft verwendet werden.In this way, the heat treatment device can also be used advantageously for cold applications.
Besonders zweckmäßig wird der Warmbehandlungseinrichtung ein metallisches Gut mit einer mittleren Temperatur von größer oder gleich 600 °C zugeführt, bevorzugt mit einer mittleren Temperatur von größer oder gleich 700 °C und besonders bevorzugt mit einer mittleren Temperatur von größer oder gleich 800 °C.It is particularly expedient to feed a metallic material with an average temperature of greater than or equal to 600 °C to the heat treatment device, preferably with an average temperature of greater than or equal to 700 °C and particularly preferably with an average temperature of greater than or equal to 800 °C.
Hierdurch kann vorteilhaft ein besonders energieeffizientes Direkteinsatzverfahren, insbesondere direkt aus einer Stranggießanlage, umgesetzt werden, sodass Kohlendioxidemissionen eingespart werden können.This makes it possible to advantageously implement a particularly energy-efficient direct feed process, especially directly from a continuous casting plant, so that carbon dioxide emissions can be saved.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Gegenstand des zweiten Aspekts mit dem Gegenstand des vorstehenden Aspekts der Erfindung vorteilhaft kombinierbar ist, und zwar sowohl einzeln oder in beliebiger Kombination kumulativ.It should be expressly pointed out that the subject matter of the second aspect can be advantageously combined with the subject matter of the preceding aspect of the invention, either individually or cumulatively in any combination.
Nach einem dritten Aspekt der Erfindung löst die Aufgabe eine Verwendung einer Warmbehandlungseinrichtung nach dem ersten Aspekt der Erfindung und/oder eines Verfahrens nach dem zweiten Aspekt der Erfindung.According to a third aspect of the invention, the object is achieved by using a heat treatment device according to the first aspect of the invention and/or a method according to the second aspect of the invention.
Es versteht sich, dass sich die Vorteile einer Warmbehandlungseinrichtung nach dem ersten Aspekt der Erfindung und/oder eines Verfahrens nach dem zweiten Aspekt der Erfindung unmittelbar auf eine Verwendung einer Warmbehandlungseinrichtung nach dem ersten Aspekt der Erfindung und/oder eines Verfahrens nach dem zweiten Aspekt der Erfindung erstrecken.It is understood that the advantages of a heat treatment device according to the first aspect of the invention and/or a method according to the second aspect of the invention extend directly to a use of a heat treatment device according to the first aspect of the invention and/or a method according to the second aspect of the invention.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Gegenstand des dritten Aspekts mit den Gegenständen der vorstehenden Aspekte der Erfindung vorteilhaft kombinierbar ist, und zwar sowohl einzeln oder in beliebiger Kombination kumulativ.It should be expressly pointed out that the subject matter of the third aspect can be advantageously combined with the subject matters of the preceding aspects of the invention, either individually or cumulatively in any combination.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich nachfolgend aus den erläuterten Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen im Einzelnen:
-
1 : schematisch eine Schnittdarstellung eines metallischen Guts mit einer inhomogenen Temperaturverteilung im Querschnitt; -
2 : schematisch eine erste Ausführungsform einer Warmbehandlungseinrichtung und ein zugehöriger Temperaturverlauf der mittleren Temperatur eines metallischen Guts in der Warmbehandlungseinrichtung; -
3 : schematisch eine zweite Ausführungsform einer Warmbehandlungseinrichtung und ein zugehöriger Temperaturverlauf der mittleren Temperatur eines metallischen Guts in der Warmbehandlungseinrichtung; und -
4 : schematisch eine dritte Ausführungsform einer Warmbehandlungseinrichtung und ein zugehöriger Temperaturverlauf der mittleren Temperatur eines metallischen Guts in der Warmbehandlungseinrichtung.
-
1 : schematically a sectional view of a metallic material with an inhomogeneous temperature distribution in the cross-section; -
2 : schematically a first embodiment of a heat treatment device and an associated temperature profile of the average temperature of a metallic material in the heat treatment device; -
3 : schematically a second embodiment of a heat treatment device and an associated temperature profile of the average temperature of a metallic material in the heat treatment device; and -
4 : schematically a third embodiment of a heat treatment device and an associated temperature profile of the average temperature of a metallic material in the heat treatment device.
In der nun folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile bzw. gleiche Merkmale, sodass eine in Bezug auf eine Figur durchgeführte Beschreibung bezüglich eines Bauteils auch für die anderen Figuren gilt, sodass eine wiederholende Beschreibung vermieden wird. Ferner sind einzelne Merkmale, die in Zusammenhang mit einer Ausführungsform beschrieben wurden, auch separat in anderen Ausführungsformen verwendbar.In the description that follows, the same reference symbols denote the same components or the same features, so that a description given in relation to one figure with respect to a component also applies to the other figures, so that a repetitive description is avoided. Furthermore, individual features that were described in connection with one embodiment can also be used separately in other embodiments.
Eine erste Ausführungsform einer Warmbehandlungseinrichtung 20 gemäß
Eine mittlere Temperatur eines metallischen Guts 10 in der Warmbehandlungseinrichtung 20 wird im Bereich der Heizeinrichtung 30 von einer mittleren Start-Temperatur TSt des metallischen Guts 10 auf eine erste mittlere Temperatur T1 des metallischen Guts 10 erhöht und im Bereich der Homogenisierungseinrichtung 40 homogenisiert. Das metallische Gut 10 wird durch die Fördereinrichtung 60 zur Behandlungseinrichtung 50 gefördert, insbesondere mit der ersten mittleren Temperatur T1.An average temperature of a
Eine zweite Ausführungsform einer Warmbehandlungseinrichtung 20 gemäß
Das metallische Gut 10 wird in der hier beschriebenen zweiten Ausführungsform unmittelbar von der ersten Heizeinrichtung 31 zu der ersten Homogenisierungseinrichtung 41 übergeben. Weiterhin wird das metallische Gut 10 von der ersten Homogenisierungseinrichtung 41 unmittelbar an die zweite Heizeinrichtung 32 und von dort unmittelbar an die zweite Homogenisierungseinrichtung 42 übergeben. Zumindest mittelbar wird das metallische Gut von der zweiten Homogenisierungseinrichtung 42 an die n-te Heizeinrichtung 33 und von dort unmittelbar an die n-te Homogenisierungseinrichtung 43 und nachfolgend unmittelbar an die Endstufenheizeinrichtung 70 übergeben. Es versteht sich, dass die hier beschriebene zweite Ausführungsform auch dahingehend abgewandelt werden kann, dass zwischen einer Heizeinrichtung (30, 31, 32, 33, 70) und einer Homogenisierungseinrichtung (40, 41, 42, 43) eine Fördereinrichtung (nicht dargestellt) angeordnet sein kann, welche zum Weiterleiten des metallischen Guts 10 an die jeweils nachfolgende Einrichtung (41, 32, 42, 33, 43, 70) eingerichtet ist. Durch die Verweildauer des metallischen Gutes 10 auf der Fördereinrichtung kann zwar ein Wärmestrom von dem metallischen Gut auf eine Rolle einer Fördereinrichtung und/oder die Umgebung des metallischen Gutes 10 abgegeben werden. Dies führt jedoch nicht zu einer vollständigen Homogenisierung, vielmehr kann das metallische Gut hierdurch in den Randbereichen abkühlen. Die Homogenisierung der mittleren Temperatur erfolgt daher in der jeweils nachgelagerten Homogenisierungseinrichtung (40, 41, 42, 43).In the second embodiment described here, the
Eine mittlere Temperatur eines metallischen Guts 10 in der Warmbehandlungseinrichtung 20 wird im Bereich der ersten Heizeinrichtung 31 von einer mittleren Start-Temperatur TSt des metallischen Guts 10 auf eine erste mittlere Temperatur T1 des metallischen Guts 10 erhöht und im Bereich der ersten Homogenisierungseinrichtung 41 homogenisiert. Die mittlere Temperatur des metallischen Guts 10 wird im Bereich der zweiten Heizeinrichtung 32 von einer ersten mittleren Temperatur T1 auf eine zweite mittlere Temperatur T2 des metallischen Guts 10 erhöht und von einer zweiten Homogenisierungseinrichtung 42 homogenisiert. Die mittlere Temperatur des metallischen Guts 10 wird von einer zweiten mittleren Temperatur T2 im Bereich der Endstufenheizeinrichtung 70 auf eine mittlere End-Temperatur TEnd erhöht. Das metallische Gut 10 wird durch die Fördereinrichtung 60 zur Behandlungseinrichtung 50 gefördert, insbesondere mit der mittleren End-Temperatur TEnd.An average temperature of a
Alternativ kann die mittlere Temperatur des metallischen Guts 10 von der zweiten mittleren Temperatur T2 im Bereich einer n-ten Heizeinrichtung 33 auf eine n-te mittlere Temperatur Tn des metallischen Guts 10 erhöht werden und im Bereich einer n-ten Homogenisierungseinrichtung 43 homogenisiert werden. Die mittlere Temperatur des metallischen Guts 10 kann von einer n-ten mittleren Temperatur Tn im Bereich der Endstufenheizeinrichtung 70 auf eine mittlere End-Temperatur TEnd erhöht werden. Das metallische Gut 10 wird durch die Fördereinrichtung 60 zur Behandlungseinrichtung 50 gefördert, insbesondere mit der mittleren End-Temperatur TEnd.Alternatively, the average temperature of the
Eine dritte Ausführungsform einer Warmbehandlungseinrichtung 20 gemäß
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- metallisches Gutmetallic goods
- 2020
- WarmbehandlungseinrichtungHeat treatment facility
- 3030
- HeizeinrichtungHeating device
- 3131
- erste Heizeinrichtungfirst heating device
- 3232
- zweite Heizeinrichtungsecond heating device
- 3333
- n-te Heizeinrichtung; dritte Heizeinrichtungn-th heating device; third heating device
- 4040
- HomogenisierungseinrichtungHomogenization device
- 4141
- erste Homogenisierungseinrichtungfirst homogenization device
- 4242
- zweite Homogenisierungseinrichtungsecond homogenization device
- 4343
- n-te Homogenisierungseinrichtungn-th homogenization device
- 5050
- BehandlungseinrichtungTreatment facility
- 5151
- BehandlungseinrichtungTreatment facility
- 6060
- FördereinrichtungConveyor system
- 6161
- erste Fördereinrichtungfirst funding facility
- 6565
- FörderlängeConveyor length
- 7070
- EndstufenheizeinrichtungFinal stage heating device
- TKTK
- Kerntemperatur des metallischen GutsCore temperature of the metallic material
- TOTO
- Oberflächentemperatur des metallischen GutsSurface temperature of the metallic material
- TiT
- Innentemperatur an der Stelle i des metallischen GutsInternal temperature at point i of the metallic material
- TStTSt
- Mittlere Start-Temperatur eines metallischen GutsAverage starting temperature of a metallic good
- T1T1
- Erste mittlere Temperatur eines metallischen GutsFirst average temperature of a metallic good
- T2T2
- Zweite mittlere Temperatur eines metallischen GutsSecond average temperature of a metallic good
- T3T3
- Dritte mittlere Temperatur eines metallischen GutsThird average temperature of a metallic good
- TnTn
- n-te mittlere Temperatur eines metallischen Gutsn-th mean temperature of a metallic good
- TendTrend
- Mittlere End-Temperatur eines metallischen GutsAverage final temperature of a metallic good
Claims (24)
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2023
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Also Published As
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