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Vakuumglühturm mit einer Glüh- und einer Kühlstrecke zur kontinuierlichen
Wärmebehandlung endloser Metallbänder Die Forderung, Metall und Metallegierungen
mit möglichst geringen Gehalten an Verunreinigungen herzustellen, führte unter anderem
zur Entwicklung und Verwendung von Glühöfen bzw. Glühvorrichtungen mit kontrollierter
Glühatmosphäre. Bekannt und weit verbreitet sind in diesem Zusammenhang die sogenannten
Schutzgasöfen, bei denen der Glühprozeß in einer dem Glühgut gegenüber inerten Gasatmosphäre
durchgeführt wird. Neben diesen Schutzgasöfen sind auch noch Vakuumöfen bzw. Vakuumglühvorrichtungen
bekanntgeworden, bei denen das Glühen der zu behandelnden Werkstoffe im Vakuum geschieht.
Durch Glühen im Vakuum können nämlich Metalle und Metallegierungen auch im festen
Zustand sowohl in ihren chemischen und physikalischen als auch damit in ihren technologischen
Eigenschaften entscheidend beeinflußt werden.
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Unter Vakuum zu betreibende Topf- oder Haubenglühöfen, in die das
Glühgut in Form von Bunden oder Paketen eingebracht wird, haben sich nicht sonderlich
bewährt und darüber hinaus bei größeren Durchsatzmengen auch als nicht wirtschaftlich
erwiesen. Bei größeren Durchsatzmengen ist daher allein schon aus wirtschaftlichen
Gründen bei bandförinigem Gut ein kontinuierlicher Betrieb anzustreben.
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Zum kontinuierlichen Glühen von Metall in Draht-oder Bandfonn sind
bereits verschiedene Vakuumdurchlauföfen bekannt, bei denen die endlosen Stränge
durch Schleusen in die Vorrichtung ein- bzw. auslaufen. Die Kühlung des Glühgutes
bereitet je-
doch wegen des im Vakuum fehlenden Wärmeüberganges durch Konvektion
gewisse Schwierigkeiten.
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Bei einem jedoch nur als Versuchsanlage bekanntgewordenen Vakuumdurchlaufofen
zur Wärmebehandlung von endlosen Metallbändem ist ein mit Widerständen elektrisch
beheizter Ofenteil und an diesen anschließend eine mit Wasser umspülte Kühlstrecke
vorgesehen. Obwohl bei dieser Anlage ein verhältnismäßig rasches Abkühlen des GlÜhgutes
möglich ist, kann das heute oft angewandte sogenannte gesteuerte Kühlen zur Erzielung
eines ganz bestimmten Gefügezustandes nicht angewandt werden, denn die hierzu notwendige
plötzliche Ab-
schreckung des Stahles kann bei der nur durchStrahlung bewirkten
Kühlung nicht erzielt werden. Außerdem erfordert die Kühlstrecke eine gehörige Länge.
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Des weiteren ist zum kontinuierlichen Glühen von Draht oder Metallbändem
bereits eine turmartige Vorrichtung bekannt, die eine in Gestalt eines
U gebogene röhrenförmige Glühkammer aufweist, durch die der Draht oder das
Band Über Rollen hindurchgezogen wird. Die Glühkammer ist an ihrem Ende durch Flüssigkeitsabschlüsse,
die aus einem Bad aus Quecksilber oder einem anderen flüssigen oder zumindest bei
Glühtemperatur flüssig werdenden Metall bestehen, luftdicht von der Außenatmosphäre
abgeschlossen. Die Erwärmung des Bandes geschieht in der Weise, daß man einen starken
elektrischen Strom durch das Glühgut hindurchschickt, wobei die Metallbänder der
Flüssigkeitsabschlüsse gleichzeitig als Flüssigkeitskontakte zum Ein- und Ableiten
des Stromes in das Band bzw. von diesem dienen. Dem an der Bandauslaufseite angeordneten
Flüssigkeitsabschluß kommt bei dieser Vorrichtung gleichzeitig die Funktion einer
Kühlstrecke zu, denn das erhitzte Band wird sich beim Durchlauf durch den Flüssigkeitsabschluß
abkühlen, insbesondere dann, wenn eine Kühlvorrichtung zur stetigen Kühlung des
Metallbades vorgesehen ist. Unter gegebenen Umständen und bei entsprechenden Vorkehrungen
wäre es möglich, dieKühlung bei dieserAnlage so zu steuern, daß das Glühgut einen
sorbitähnlichen Gefügezustand annimmt. Ein darüber hinaus gehendes gesteuertes Kühlen,
um dem Glühgut auch andere Ge-
fügezustände zu erteilen, ist- aber mit der
bekannten Vorrichtung nicht möglich. Ein in bezug auf das gesteuerte Kühlen sich
bei dieser Vorrichtung außerdem ergebender Nachteil ergibt sich bei der Behandlung
von größeren Querschnitten, beispielsweise dickerem Stahlband, dadurch, daß die
inneren im Material immer noch vorhandene Restwärine zu einer Anlaßwirkung ausreicht,
wodurch eine zuvor durch die Abkühlung im Flüssigkeitsabschluß erreichte bestimmte
Gefügebildung wieder zerstört wird. Außerdem hat es sich als sehr nachteilig herausgestellt,
daß das Behandlungsgut mit einer über der Oxydationstemperatur liegenden Wärme aus
der Vorrichtung austritt.
Die der Erfindung gestellte Aufgabe besteht
demgegenüber darin, eine Vakuumglühvorrichtung der soeben beschriebenen Art insoweit
zu verbessern, daß mit einfa:chen Mitteln ein gesteuertes Kühlen zur Erzielung eines
ganz bestimmten Gefügezustandes im Vakuum erreichbar ist.
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Dementsprechend geht die Erfindung aus von einem Kühlturm mit einer
Glüh- und einer Kühlstrecke zur kontinuierlichen Wärmebehandlung endloser
Metallbänder, bei dem der Vakuumglühraum Metall oder Salz, durch die das Metallband
in den clurch unter ihm angeordnete Behälter mit flüssigem Glühraum ein- und aus
diesem herauszuführen ist, gasdicht abgeschlossen wird und zur Erwärmung des Metallbandes
elektrischer Strom über die als Flüssigkeitskontakte wirkende Metall- bzw. Salzschmelzbänder
durch diese zu leiten ist.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist vorgesehen, daß neben dem den
Glühraum bildenden Vakuumkessel ein zweiter den Kühlraum bildender Kessel angebracht
ist und daß diesen beiden Kesseln drei eine Schmelze enthaltende Behälter zugeordnet
sind, wobei der mittlere Behälter mit seinem Schmelzbad den Auslauf der Glühstrecke
und den Einlauf der Kühlstrecke bildet.
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Durch die Erfindung wird so auf einfache Weise und mit einfachen Mitteln
eine gasdichte Trennung von Glüh- und Kühlstrecke erzielt. Hierdurch wird
es möglich, innerhalb -des Vakuums beispielsweise durch Sattdampfeinspritzung eine
intensive Direktkühlung des Glühgutes durchzuführen. Durch die im Vakuum äußerst
starke Kühlwirkung durch Sattdampf kann eine Gesamtabschreckwirkung mit einer beispielsweise
so steilen Abkühlkurve erreicht werden, daß die voreutektoide Linie nicht geschnitten
wird. Des weiteren bereitet es im Vakuum keine Schwierigkeiten, dieAbschreckwirkuno,
beispielsweise durch entsprechende Anordnung der Einspritzdüsen so zu mäßigen oder
gar zu unterbrechen, daß eine vollständige Umwandlung garantiert ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der
Zeichnung dargestellt.
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Die Vakuumglühvorrichtung besteht im wesentlichen aus drei in einer
Ebene nebeneinander aufgestellten Flüssigkeitsbehältern 1, 2, 3, sowie
aus zwei in einer zweiten Ebene darüber angeordneten Vakuumkesseln 4,
5 und vier senkrecht verlaufenden Verbindungsrohren 6, 7, 8, 9, durch
die die Flüssigkeitsbehälter mit den Vakuumkesseln verbunden werden. Um einen einwandfreien
Anschluß der Verbindungsrohre 6, 7, 8, 9 zu gewährleisten, weist jeder Flüssigkeitsbehälter
1, 2, 3 jeweils zwei nach oben gerichtete Rohrstutzen a und
b auf, während die Vakuumkessel 4, 5 jeweils_ zwei nach unten gerichtete
Rohrstutzen c und d besitzen. Die Verbindung selbst ist dabei so ausgeführt,
daß der erste Flüssigkeitsbehälter 1 über Rohrstutzen 1 b, Verbindungsrohr
6
und Rohrstutzen 4 c mit dem Vakuumkessel 4 verbunden ist, während der gleiche
Vakuumkessel 4 über Rohrstutzen 4 d, Verbindungsrohr 7 und Rohrstutzen
2a weiter mit dem zweiten Flüssigkeitsbehälter 2 in Verbindung steht. Dieser zweite
Flüssigkeitsbehälter 2 ist dann über Rohrstutzen 2 b, Verbindungsrohr
8 und Rohrstutzen 5 c mit dem zweiten Vakuumkessel
5 verbunden, von dem aus die Verbindung über Rohrstutzen 5 d.
Verbindungsrohr 9
und Rohrstutzen 3 a weiter in den Flüssigkeitsbehälter
3 geführt ist. Somit ist für den Banddurchlauf eine Verbindung geschaffen,
wobei der Rohrstutzen la des Flüssigkeitsbehälters 1 als Einlauf in die Vorrichtung
und der Rohrstutzen 3 b des Flüssigkeitsbehälters 3 als Auslauf
aus der Vorrichtung dienen. Die Verbindungsrohre 6, 7, 8, 9 sowie die Rohrstutzen
a, b, e, d können von beliebigem Querschnitt, also auch quadratisch
oder rechteckig sein. Da beim Evakuieren der Vorrichtung die Rohre durch das innere
Vakuum jedoch starken Beanspruchungen ausgesetzt sind, wird man aus Festigkeitsgründen
in den meisten Fällen eine runde oder zumindest ovale Rohrforin wählen. Für die
eigentliche Bandführung sind Umlenkwalzen 10, 11 vorgesehen, die innerhalb
der Flüssigkeitsbehälter 1, 2, 3 bzw. innerhalb der Vakuumkessel 4,
5 gelagert sind. Die Bandeinlaufwalze 12 und die Bandauslaufwalze
13 liegen in gleicher Höhe außerhalb der eigentlichen Vorrichtung.
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Die Flüssigkeitsbehälter 1 und 2 sind mit einer Metallschmelze
gefüllt, während in dem Flüssigkeitskeitsbehälter 3 eine Salzschmelze eingebracht
ist. Die Metallschmelze in den Flüssigkeitsbehältern 1 und 2 dienen als Flüssigkeitskontakte,
um den für die Aufheizung des Bandes 15 benötigten Heizstrom auf das Band
selbst zu übertragen. Als Stromquelle ist ein Transformator 14 vorgesehen, dessen
Sekundärwicklung mit ihren Polen je an einen der Flüssigkeitsbehälter
1 und 2 beispielsweise über Elektroden 21 derart angeschlossen ist, daß die
Schmelzbäder selbst vom Strom durchflossen werden. Die in dem Flüssigkeitsbehälter
3 befindliche Salzschmelze dient dagegen zur Nachbehandlung des geglühten
Bandes 15.
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Gleichzeitig stellen bei dieser Anordnung die in den beiden äußeren
Flüssigkeitsbehältern 1 und 3 befliidlichen Schmelzbäder, die durch
die jeweils offenen Rohrstutzen la und 3 b mit der Außenatmosphäre
in Verbindung stehenden Flüssigkeitsabschluß dar und verhindern das Eindringen von
Außenluft in die Vorrichtung.
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Damit beim Betrieb der Vorrichtung keine Störungen durch direkten,
durch die Vorrichtung hindurchlaufenden Stromschluß auftreten, sind sowohl die Flüssigkeitsbehälter
1, 2, 3 mit den Verbindungsrohren 6, 7, 8, 9 gegenüber den
Vakuumkesseln 4, 5
isoliert aufgestellt. Zur Isolation der Flüssigkeitsbehälter
1, 2, 3 dienen Isolierstücke 16, während die Isolation der
Verbindungsrohre 6, 7, 8, 9 durch Isolierringe 17 bewirkt wird.
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Die Erzeugung des Vakuums geschieht durch separat aufgestellte und
in der Zeichnung nicht wiedergegebene Vakuumerzeuger, wie z. B. Pumpen, Dampfstrahler,
Kondensatoren od. dgl. über ebenfalls nicht dargestellte Rohrleitungen sind diese
Vakuumerzeuger über die Kesselanschlüsse 18 an die oberen Vakuumkessel 4
und 5 angeschlossen. Während des Betriebes werden in Abhängigkeit von dem
Vakuum die in den Flüssigkeitsbehältern 1, 2, 3
befindlichen Schmelzen
in den Vakuumraum - d. h. in die Verbindungsrohre 6, 7, 8, 9 - hochgezogen,
wobei sich je nach dem spezifischen Gewicht der Schmelzen eine andere Flüssigkeitshöhe
einstellt. Wegen des kleineren spezifischen Gewichtes der Salzschmelze in Flüssigkeitsbehälter
3 wird der Flüssigkeitsspiegel im Verbindungsrohr 9 höher zu stehen
kommen als der Flüssigkeitsspiegel der Metallschmelze in dem Verbindungsrohr
6.
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Als Material für die Metallschmelzen wird vorzugsweise Zinn verwandt.
Aber auch Blei oder ähnliche Metalle können benutzt werden. Sowohl für die
Metallschmelzen
als auch für die als Nachbehandlung dienende Salzschmelze ist es wichtig, daß ein
Material von niedrigem Schmelzpunkt oder hohem Siedepunkt verwandt wird. Die Salzschmelze
ist vorzugsweise eine alkalische Schmelze, die ein möglicherweise auf dem Behandlungsgut
gebildetes Reaktionsprodukt wieder auflöst.
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Um insbesondere bei der Inbetriebnahme der Glühvorrichtung sowohl
die Metallschmelzen als auch die Salzschmelze auf die nötige Schmelztemperatur zu
bringen, sind in den Flüssigkeitsbehältern 1, 2, 3 über Trafos regelbare
Heizbänder oder dergleichen Heizeinrichtungen 19 eingebaut. Diese Heizeinrichtungen
19 sind unabhängig von dem Heizstromkreis zur Aufheizung des Metallbandes
15. Da sowohl die Metallschmelzen als auch die Salzschmelze während des Betriebes
nicht verdampfen dürfen und somit ihre im Vakuum erheblich niedrigere Verdampfungstemperatur
nicht erreichen dürfen, sind außerdem in den Flüssigkeitsbehältern 1, 2,
3 Kühlschlangen 20 vorgesehen, um eine unzulässige Temperaturerhöhung der
Schmelzen durch das heiße Metallband 15 zu vermeiden. Die Größe der Flüssigkeitsbehälter
1, 2, 3 bzw. die Größe des Metallschmelzvolumens und der Elektroden
21, ist so zu bemessen, daß der Heizstrom, ohne Brandbeschädigungen auf dem Glühgut
zu erzeugen, auf das Metallband 15 übertragen werden kann. Hierbei ist natürlich
der jeweilige Bandwiderstand, Bandquerschnitt sowie die Bandglühlänge und die Bandglühtemperatur
entsprechend zu berücksichtigen.
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Da das zu behandelnde Metallband 15 bei seinem Durchlauf durch
die Vorrichtung lediglich auf seinem Weg zwischen Flüssigkeitsbehälter
1 und Flüssigkeitsbehälter 2 von dem Heizstrom durchflossen wird, wird durch
die Anordnung von drei Flüssigkeitsbehältem die Vorrichtung - und somit auch
der Vakuumraum - in eine Glüh- und Kühlstrecke unterteilt. Diese gasdichte
Unterteilung gestattet es, in der Kühlstrecke eine intensive Direktkühlung, beispielsweise
durch Sattdampfeinspritzung, durchzuführen. Hierzu können an sich bekannte und in
den Zeichnungen nicht näher dargestellte Düseneinrichtungen dienen, die an beliebiger
Stelle der KÜhlstrecke angeordnet werden können. Der sich am Glühgut weiter erhitzende
und somit vom Glühgut wärmeabführende Dampf wird dann über die Dampfstrahler wieder
abgesaugt und im anschließenden Kondensator niedergeschlagen, wobei durch Kondensation
eine vakuumerhöhende Wirkung eintritt. Dabei kann die Abschreckwirkung so
gesteuert werden, daß das zu behandelnde Band eine ganz bestimmte Gefügeumwandlung
erfährt. Durch Ab-
saugen des Dampfes an entsprechender Stelle kann die Abschreckwirkung
des Dampfes gemäßigt bzw. ganz unterbunden werden, so daß das Behandlungsgut erst
nach vollendeter Umwandlung in die Salzschmelze des Flüssigkeitsbehälters
3 eintaucht, in der sie durch Einwirkung der im Behälter untergebrachten
Kühlvorrichtung 20 bis auf unter Oxydationstemperatur abgekühlt wird.