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Verfahren zum Richten von Metallband Die Erfindung bezieht sich auf
ein Verfahren zum Richten von Metallband mit beliebiger Länge und Dicke, bei dem
das Band kontinuierlich über eine bestimmte Wegstrecke bewegt, dabei erwärmt und
einer Zugspannung unterworfen wird.
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Metallband, insbesondere durch Kaltwalzen hergestelltes Breitband
oder aus einzelnen Blechen durch Stumpfschweißen miteinander auf die notwendige
Ringlänge zusammengesetztes Stahlband, weist in der Regel Verwerfungen in der Fläche
auf. Es ist bekannt, derartige Bänder in sogenannten »Richtwalzen« zu richten, in
denen das Band so stark mehrfach umgelenkt wird, daß es im Zug- und/oder Druckteil
des Querschnitts bis über die Fließgrenze verformt wird, so daß ein Ausgleich der
inneren Spannungen in den beiden Außenflächen und damit eine Ausrichtung erfolgt.
Dieses Verfahren zum Richten in Richtwalzen läßt sich jedoch nur bei bestimmten
Materialgüten und bei relativ dicken Blechen und Bändern anwenden, bei denen der
Abstand der Außenflächen von der neutralen Faser so groß ist, daß mit einer technisch
erreichbaren Umlenkung eine ausreichende Verforniung bis zur Fließgrenze stattfindet.
Außerdem ist dieses Verfahren in der Regel nur bei reinen Spannungsverwerfungen,
die z. B, beim Abkühlen entstehen, wirkungsvoll, da nur die Spannungen in den Außenschichten
gegeneinander ausgeglichen werden, während die neutrale Faser des Querschnitts
unbeeinflußt bleibt.
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Es ist ferner bekannt, Querwellungen und Beulungen aus Metallbändern
dadurch zu entfernen, daß das Band über eine vorbestimmte Länge einer Zugspannung
unterworfen wird, wobei durch Reckung des ge# samten Bandes ein Flächenausgleich
und damit eine Ausrichtung des gesamten Bandes erfolgt. Dabei ist es außerdem bekannt,
durch Erwärmung die Fließgrenze zur Bruchgrenze in eine vorbestimmte, das Verfahren
begünstigende Relation zu setzen.
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Es ist ferner bekannt, die Nachteile des mit Richtwalzen arbeitenden
Verfahrens dadurch zu vermindem, daß zwei Richtwalzensätze in einem bestimmten Abstand
hintereinander angeordnet sind, und nach Einführen des Bandes mit beiden Richtwalzensätzen
eine Zugspannung auf das zwischen den Walzensätzen laufende Trum des Bandes dadurch
auszuüben, daß auf einen dieser Richtwalzensätze eine Kraft ausgeübt wird, die ihn
von dem anderen festliegenden wegzubewegen sucht. Durch diese Anordnung soll eine
gewisse Reckung und damit eine Beseitigung auch der durch die Richtwalzen selbst
nicht erfaßten Unregelmäßigkeiten der Oberfläche erreicht werden. Die dabei durch
die relativ geringe Haftung des Bandes in den Richtwalzensätzen technisch mögliche
Spannung reicht jedoch, insbesondere bei Bändem mit großem Querschnitt, nicht aus,
um ein ausreichendes Ergebnis zu erzielen.
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Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, ein Verfahren
zu schaffen, bei dem Metallbänder, insbesondere dünne Breitbänder, z. B. aus Stahl,
wie Dynamobleche od. dgl., absolut genau zu richten und dabei sowohl Ausbeulungen
als auch quer- und längsverlaufende Wellungen zu beseitigen. Dabei sollen aus dem
Gefüge sich ergebende Eigenschaften, z. B. die Komausrichtung bei Dynamöblechen,
nicht merkbar beeinflußt werden.
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Gemäß der Erfindung bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art
wird dies dadurch erreicht, daß an das auf wenigstens Erweichungstemperatur erwärmte,
unter Zugspannung stehende Band eine Anzahl im Abstand liegender, über die ganze
Breite des Bandes etwa rechtwinklig zur Bandlängsachse abwechselnd von entgegengesetzten
Richtungen anliegender Walzen angedrückt werden.
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Der Abstand der Walzen kann wenigstens das Mehrfache ihres Durchmessers,
vorzugsweise etwa das Sieben- bis Fünfzehnfache ihres Durchmessers betragen.
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Vorzugsweise durchdringen dabei die Walzen in an sich bekannter Weise
die Ebene des Bandförderweges derart, daß das Band abwechselnd nach der einen oder
anderen Richtung um die Walzen aus der Bandebene
etwas abgelenkt
wird. Die Eindringtiefe der Walzen in die Ebene des Bandförderweges ist dabei vorzugsweise
nicht größer als der Durchmesser der Walze.
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Durch die Erfindung wird cm Verfahren geschaffen, durch das Metallbänder,
insbesondere kaltgewalzte Breitbänder aus Stahl, wesentlich wirkungsvoller als bisher
gerichtet werden können, wobei insbesondere das Auftreten von Uängswellungen beseitigt
wird, das bei den bisher bekannten Glättverfahren vorkam.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können Metallbänder,- die sehr
stark verfonnte Kanten aufweisen, durch eine Wärmebehandlung derart behandelt werden,
daß ein außerordentlich glattes und ebenes Erzeugnis erhalten wird; der Ausdruck
» außerordentlich glatt und eben« soll bedeuten, daß die Ab-
weichung
in einem Streifen von 80 cm Breite in der Größenordnung von höchstens
1,3 mm hegt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders für die Behandlung
von kaltgewalzten Stählen, einschließlich von Elektrostählen, unabhängig von ihrem
Gehalt an Silizium oder anderen Legierungsbestandteilen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur verhältnismäßig billig,
sondern es kann auch bei magnetischen Materialien angewendet werden, ohne die magnetischen
Eigenschaften zu beeinträchtigen, die in diesen Stoffen durch andere Behandlungsstufen
erzeugt werden.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert.
Die einzige Abbildung der Zeichnung zeigt schematisch eine Anlage, die zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren beruht im wesentlichen darauf, daß
das Metallband innerhalb eines Ofens abwechselnd über und unter im Abstand voneinander
angeordneter Glättwalzen hindurchgeführt und unter Spannung durch den Ofen hindurchgezogen
wird, wobei die Walzen über die gesamte Breite des Bandes mit diesem in Berührung
stehen. Um die gewünschte glatte und ebene Beschaffenheit zu erzielen, werden
der Walzenabstand, die Anzahl der Glättwalzen, der Walzendurchmesser, die Eindringtiefe
der oberen Walzen zwischen die unteren Walzen, die Spannung des Bandes, dessen Vorschubgeschwindigkeit,
die Ofentemperatur und ähnliche Faktoren derart geregelt, daß durch deren kombinierte
Wirkung der gewünschte Grad an ebener und glatter Beschaffenheit erzielt wird, ohne
daß die übrigen Eigenschaften des Stahls nachteilig beeinflußt werden. Dies ist
insbesondere bei Siliziumstahl mit gerichtetem Korn wichtig, bei dem eine übermäßige
Bearbeitung die magnetischen Eigenschaften nachteilig beeinffussen würde. Bei der
praktischen Durchführung der Erfindung kann die Länge des Glättofens beträchtlich
verringert werden, wodurch die Gesamtkosten der Glättstraße herabgesetzt werden.
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Die Erfindung beruht auf der Beobachtung, daß die Bildung von Uängswellungen
in einem Metallband in einem direkten Zusammenhang mit dessen Schlankheitsgrad steht
und daß das Band im wesentlichen von Beulen und anderen Unregelmäßigkeiten, weiche
die glatte und ebene Beschaffenheit beeinträchtigen, befreit werden kann, wenn der
Schlankheitsgrad so niedrig wie möglich gehalten wird. Der Schlankheitsgrad eines
Bandes ist. ein, Anhaltspunkt für die Größe der Zusammen ielrungskräfte,
welche die Breite eines gegebenen Bandabschnitts zu verringern suchen, wenn dieser
Abschnitt gestreckt, d. h. unter eine Längsspannung gesetzt wird. Wenn beispielsweise
ein Stahlband zwischen im Abstand voneinander angeordneten Klemmwalzenpaaren hindurchgeführt
wird, von denen der am Ausgang angebrachte zweite Walzensatz mit einer etwas größeren
Lineargeschwindigkeit als der am Eingang angebrachte erste Klemmwalzensatz betrieben
wird, wird das Band zwischen den beiden Walzensätzen gestreckt oder gespannt. Der
Abstand zwischen dem Eingangswalzensatz und dem Ausgangswalzensatz kann als Spannlänge
des Bandes bezeichnet werden. Der Schlankheitsgrad wird definiert als das Verhältnis
der Spannlänge zu der Quadratwurzel aus der Querschnittsfläche des Bandes. Für ein
Band von konstanter Breite und Stärke ändert sich daher der Schlankheitsgrad direkt
mit der Strecke, über die es gespannt ist, d. h. bei dem beschriebenen Beispiel
mit dem Abstand zwischen den beiden Walzensätzen.
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Bei der üblichen Glättung durch einen Spannvorgang kann die Spannlänge
bis zu 100 m und mehr betragen, und der Schlankheitsgrad des Bandes ist dann
verhältnismäßig hoch. Es wurde festgestellt, daß durch eine Verringerung der Spannlänge
und damit des Schlankheitsgrades die Querspannungen, welche zum Verbeulen führen,
wirksam herabgesetzt werden.
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Bei den im Ofen angebrachten Walzen wird die Spannlänge dadurch wirksam
verkürzt daß der Ab-
stand zwischen den Eingangsklemmwalzen und den Ausgangsklemmwalzen
in eine Folge von verhältnismäßig kurzen Spannlängen unterteilt wird. Dadurch wird
der Schlankheitsgrad der Bahn wesentlich herabgesetzt, und die, seitlichen Kräfte,
die zu dem Verbeulen der Bahn führen, sind praktisch beseitigt. Gleichzeitig wird
eine Glättwirkung durch die Glättwalzen ausgeübt, wodurch es möglich wird, die Länge
des Ofens beträchtlich zu verkleinern.
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In der Zeichnung ist schematisch eine Einrichtung dargestellt, mit
der das erfindungsgemäße Grättverfahren durchgeführt werden kann. Das
zu glättende Metallband wird von einem Bandhaspel 1 üblicher Bauart
zugeführt. Dabei wird vorausgesetzt, daß das Band in aufgewickeltein Zustand entweder
aus dem Lager oder von einer vorhergehenden Bearbeitungsstufe zu dem Bandhaspel
gebracht wird. Es ist auch möglich, das Band direkt von einer anderen Bearbeitungsstufe,
beispielsweise einer Beizbehandlung oder einem überzugsvorgang, zuzuführen. In allen
Fällen wird das Band fortlaufend zwischen einen Satz von angetriebenen Eingangsklemmwalzen
2 geführt, um es von der Vorratsrolle 1 in den Ofen zu fördern. Falls
das Band direkt von der vorhergehenden Bearbeitungsstufe zugeführt wird, wird der
Klemmwalzensatz 2 mit der Austrittsgeschwindigkeit aus der vorhergehenden Stufe
synchronisiert.
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Der Ofen ist bei 3 dargestellt. Er besteht aus einem Erhitzungsabschnitt
4 und aus einem Kühlabschnitt 5.
Am Austrittsende des Ofens geht das Band
6 durch einen zweiten Satz von angetriebenen Klemmwalzen 7
hindurch,
die mit einer Geschwindigkeit angetrieben werden, die etwas größer als die Geschwindigkeit
der Klemmwalzen 2 ist, so daß sie das Band unter Spannung durch den Ofen hindurchziehen.
Innerhalb des Ofens wird das Band auf im Abstand befindlichen Tragwalzen
8 gefördext, mit Ausnahme, des Ofenabschnitts, in dem das Band abwechselnd
zwischen
den versetzt angeordneten Folgen von Glättwalzen
9 a
und 9 b hindurchgeht. Vorzugsweise liegen die unteren Glättwalzen
9 b in einer Linie mit den Tragwalzen 8 ', während die oberen
Glättwalzen 9a verstellbar gelagert sind, so daß sie zum leichteren Einführen des
Bandes zurückgezogen werden können und außerdem ihre richtige Eindringtiefe zwischen
die unteren Glättwalzen eingestellt werden kann. Die Glättwalzen können angetrieben
werden oder leer laufen, doch werden leer laufende Walzen bevorzugt. Es ist aber
vorteilhaft, für sämtliche Walzen innerhalb des Ofens Einrichtungen vorzusehen,
mit denen sie gedreht werden können, während der Ofen nach einem Stillstand wieder
aufgeheizt wird, um ein Werfen der Walzen zu verhindern.
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Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel beträgt der Durchmesser
der Glättwalzen 7,6 cm, und sie liegen in einem Abstand von 55,9 cm.
Die Eindringtiefe der oberen Walzen, d. h. der Grad, in dem das Band um die
Walzen herumgeführt wird, ist so eingestellt, daß die oberen und die unteren Walzen
etwa in einer Linie liegen, d. h. daß die oberen Walzen in die Führungslinie
der unteren Walzen um eine Strecke eindringen, die im wesentlichen gleich dem Walzendurchmesser
ist.
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Bei einer anderen praktischen Ausführung haben die Glättwalzen einen
Durchmesser von 11,7 cm und liegen in einem Abstand von 1,2 bis
1,8 m. Es sind bis zu vier Sätzen von Glättwalzen vorgesehen. Wie zuvor sind
die oberen Walzen verstellbar, und sie können so eingestellt werden, daß sie in
die Führungslinie der unteren Walzen wn eine Strecke eindringen, die bis zu dem
Durchmesser der Walzen betragen kann. Natürlich stehen der Walzendurchmesser, die
Walzenabstände, die Zahl der Walzen und ihre Eindringtiefe in Beziehung zueinander,
und diese Größen können in Abhängigkeit von der Stärke und der Art des behandelten
Bandes verändert werden. Eine genaue Regel für die Zusammenhänge der verschiedenen
auftretenden Faktoren kann nicht aegeben werden, da sehr viele Veränderliche ins
Spiel treten, doch kann für jedes gegebene Material der Fachmann auf Grund seiner
Kenntnisse die Bedingungen herstellen, welche die erwünschte glatte und ebene Beschaffenheit
liefern. Es ist ferner ohne weiteres möglich, die Abstände und die Eindringtiefe
bei einer einzigen Einstellung verschieden zu halten, doch wird es vorgezogen, sie
bei einer bestimmten Einstellung gleichförmig zu gestalten. Im Gegensatz zu den
handelsüblichen Glättverfahren, bei denen nahe beieinander liegende, ineinandergeschachtelte
Walzen verwendet werden, welche eine Glättung durch Biegen des Bandes hervorrufen,
wird das Glätten bei dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch erreicht, daß eine
Spannung ausgeübt wird, während das Band durch eine Reihe in verhältnismäßig großen
Abständen liegender Walzen gehalten wird, die in voller Breite mit dem Band in Berühruno,
stehen. Es ist nicht möglich, die Kombination der Spannungen zu beschreiben, welche
die glättende Wirkung erzeugen, weil die Eigenschaften von Metallen bei hohen Temperaturen
zur Zeit noch nicht gut bekannt sind. Unzweifelhaft tritt eine Kriechdehnung in
Erscheinung sowie eine strukturelle Instabilität von Metallen, die hohen Temperaturen
ausgesetzt sind.
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Die Bandspannung kann in Abhängigkeit von der Art des behandelten
Bandes, von dessen Stärke und von der Ofentemperatur geändert werden. Es wurde gefunden,
daß beispielsweise die besten Ergebnisse für Siliziumstahl -erhalten werden, wenn
die Streifenspannung zwischen 71 und 142 kg/cm2 beträgt, wobei die optimalen
Ergebnisse bei etwa 105 kg/cm2 und bei einer Ofenternperatur von etwa
8151 C erhalten werden.
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Die Temperatur der zur Erzielung der glatten Beschaffenheit angewendeten
Wärmebehandlung ist an sich nicht kritisch, und in den meisten Fällen wird sie im
Hinblick auf die gewünschten Ergebnisse gewählt. Im wesentlichen ist zu beachten,
daß das Band auf eine Temperatur zu erwärmen ist, bei der es weich genug ist, um
den Spannungen nachzugeben, andererseits aber die übrigen Eigenschaften des Materials
nicht geändert werden. Bei Bearbeitung von Magnetstahl liegt die bevorzugte Temperatur
bei etwa 800 ± 15' C. Es - sollte beachtet werden, daß eine
Temperatur von 815' C nicht überschritten wird, da bei höheren Temperaturen
die magnetischen Eigenschaften des Stahls ungünstig beeinflußt werden können.
Je nach der Art des Materials hat es sich als praktisch durchführbar erwiesen,
mit Temperaturen zu arbeiten, die für Stahl bei etwa 480' C und für andere
Metalle sogar noch tiefer liegen, wobei es lediglich erforderlich ist, die Erweichungstemperatur
des Metalls zu überschreiten. Dementsprechend können bei einer Bearbeitung von gewöhnlichen
Stahlqualitäten sehr viel höhere Temperaturen angewendet werden. Wenn die glatte.Beschaffenheit
der einzige zu beachtende Faktor ist, wird die höchstzulässige Temperatur ausschließlich
durch mechanische Faktoren bestimmt.
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Die Zeitdauer, die erforderlich ist, um das Material auf die Temperatur
zu bringen, hängt natürlich von dessen Stärke ab. Die Erhitzung erfolgt sehr schnell,
und sobald das Band auf die Temperatur gebracht worden ist, braucht sie nur kurzzeitig
auf dieser Temperatur gehalten zu werden. Es ist erwünscht, das Band nicht plötzlich
abzukühlen. Eine, Abkühlung, die langsamer erfolgt als eine freie Abkühlung in der
Luft bei Raumtemperatur, wird bevorzugt. Zu diesem Zweck wird vorzugsweise eine
Kühlhaube 5 verwendet, in der der Temperaturabfall etwas allmählicher vorgenommen
werden kann. Die Atmosphäre in dem Ofen beeinflußt die erzielte glatte und ebene
Beschaffenheit des Materials nicht, so daß in dieser Hinsicht keine Einschränkung
für das Verfahren besteht. Gegebenenfalls kann die Atmosphäre entsprechend ihren
Einwirkungen auf andere Eigenschaften des Metalls, beispielsweise den Glanz, die
Entkohlung oder mechanische Eigenschaften gewählt werden. Vorzugsweise wird eine
neutrale oder reduzierende Atmosphäre angewendet, um ein Zundern des Bandes nach
Möglichkeit zu verhindern. Der Hauptzweck des Verfahrens, die Erzeugung einer glatten
und ebenen Beschaffenheit des Bandes, soll mit einem Minimum an Bearbeitung durchgeführt
werden. Es ist jedoch möglich, unter gewissen Umständen die Wärmebehandlung gleichzeitig
für andere Zwecke anzuwenden. Beispielsweise können bei der Herstellung von Magnetstählen,
bei denen aus anderen Gründen eine Glühbehandlung gefordert oder erwünscht ist,
Ofentemperaturen angewendet werden, die auf die Glühbehandlung zugeschnitten sind,
gleichzeitig mit der Anwendung der richtigen Eindringtiefe der Glättwalzen und der
richtigen Bahnspannung. Derartige Behandlungen ergeben dann nicht nur die gewünschte
glatte und ebene Beschaffenheit,
sondern sie stellen zusätzlich
eine Verfahrensstufe zur Erzielung anderer gewünschter Eigenschaften in der Bahn
dar.