DE2123719B2

DE2123719B2 - Verfahren zur Vorrichtung zur kontinuierlichen Wärmebehandlung von flachen oder geformten Profilen aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen

Info

Publication number: DE2123719B2
Application number: DE19712123719
Authority: DE
Inventors: Mihaly Anka; Dezsö Gallo; Antal Ivak; Laszlo Budapest Turcsanyi
Original assignee: MAGYAR KABEL MUEVEK BUDAPEST HU
Current assignee: MAGYAR KABEL MUEVEK BUDAPEST HU
Priority date: 1970-05-15
Filing date: 1971-05-13
Publication date: 1981-08-27
Also published as: DE2123719A1; FI54613C; FI54613B; HU166053B; PL76420B1; GB1358386A; CA973781A; ES391183A1; FR2091624A5; CS161908B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Wärmebehandlung von flachen oder geformten Profilen aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen.

Die aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen verfertigten Halbfabrikate werden je nach ihrer Verwendung einer Wärmebehandlung unterworfen. Der Zweck derselben kann verschieden sein, z. B. Ausglühen, Anlassen, Entspannen, Härten oder eine künstliche Alterung. Die Wärmebehandlung verursacht in der Struktur des behandelten Materiales Änderungen. Zur Erzeugung derselben ist aber auch eine Aktivierungsenergie nötig. Diese wird allgemein in Form von Wärmeenergie an das Material übertragen. In einem solchen Fall handelt es sich um eine thermische Aktivierung. Die zufolge der Wärmewirkung auftretenden Vorgänge sind von der Temperatur und der verwendeten Behandlungszeit abhängig.

Die Durchführung der Wärmebehandlungen erfolgt allgemein in herkömmlicher Weise in öfen. Bei dieser Wärmebehandlung geht die Übertragung der Wärme für gewöhnlich im Wege eines Mittels, z. B. von Luft, Gas oder Flüssigkeit vor sich. Diese, durch ein Mittel erfolgende Wärmebehandlung kann auf das Aufheizen der Außenfläche des Materiales und auch auf das Durchwärmen des inneren Teiles, auf die Inkubationswärme und auf die eigentlichen Wärmehaltungs-, Wärmebehandlungs- bzw. Erhitzungsabschnitte aufgeteilt werden. Die Zeitdauer des ganzen Vorganges ist zufolge der Gliederung dieser Abschnitte verhältnismäßig lang. Auch die kürzesten Wärmebehandlungen

erstrecken sich auf etwa dreißig Minuten.

Die herkömmlichen öfen arbeiten in einem periodischen Betrieb. Zum Zweck der Leistungserhöhung verwendet man aber neuerlich auch öfen mit kontinuieriichem Betrieb. Das behandelte Produkt bewegt sich während der Wärmebehandlung längs des Ofens durch denselben. Die Durchlaufgeschwindigkeit ist dabei eine Funktion der Länge des Ofens und der Behandlungszeit Die Produktion kann durch eine Erstreckung des Ofens

κι erhöht werden. Die mit einem kontinuierlichen Betrieb arbeitenden neuesten öfen haben eine Länge von 100 Metern erreicht Mit der Vergrößerung des Längenmaßes der öfen sinkt aber der Wirkungsgrad des Energieaufwandes, wodurch der Energieverbrauch schließlich unverhältnismäßig größer wird. Die Konstanthaltung der Temperatur entlang der ganzen Länge des Ofens ist ein überaus umständlicher Vorgang, der durch eine entsprechende Lüftung gesichert wird. Wegen den großen Längen des durch den Ofen ziehenden Materiales tritt in denselben zufolge der Wärmedehnung eine bedeutende Längenzunahme auf, deren Kompensierung umständlich ist. Besonders kompliziert erscheint dies bei den einen verhältnismäßig niedrigen, unter 1000⁰C liegenden. Schmelzpunkt

2^ri besitzenden Metallen, da diese eine geringe Warmfestigkeit haben. Deshalb gestaltet sich die Führung und das störungsfreie Weiterleiten dieser Metalle schwierig, welche Aufgabe bisher auch nicht einwandfrei gelöst werden konnte. Die Investierungs- und Betriebskosten

ίο der mit kontinuierlichem Betrieb arbeitenden öfen sind hoch.

Die neueste Richtung der Entwicklung der kontinuierlichen Wärmebehandlungsvorrichtungen liegt in der Anwendung von hochfrequenten Behandlungsmethoden. Diese werden aber zufolge ihrer Gegebenheiten allgemein nur zur Oberflächenhärtung verwendet und eignen sich zur gleichmäßigen Durchheizung von größeren Querschnitten nicht. Sie sind allgemein nur bei eine große Thermohysteresis besitzenden Materialien erfolgreich verwendbar. Der Wirkungsgrad dieser Einrichtungen beträgt nur einige Prozente. Das Aluminium sowie aus Aluminiumlegierungen bestehenden Produkte sind zu einer sich auf den ganzen Querschnitt erstreckenden Wärmebehandlung nicht geeignet.

Unsere Nachforschungen ergaben, daß eine weitere Verbesserung der bei Aluminium und Aluminiumlegierungen bisher verwendeten bekannten Wärmebehandlungsverfahren weder vom technischen noch vom wirtschaftlichen Gesichtspunkt möglich ist. Deshalb waren andere Lösungen zu suchen. Im Laufe unserer Experimente hatte es sich ergeben, daß in Aluminium und Aluminiumlegierungen bei den auf Wärmewirkung vor sich gehenden Vorgängen die mit den Molekülen der Stoffe bzw. mit den Atomen oder Ionen derselben mitzuteilende Energie die Diffusionszeitdauer bedeutend kürzt und damit die Erhaltung der Qualitätsmerkmale des Stoffes bzw. eine vorteilhafte Verbesserung derselben gleichfalls ermöglicht wird.

Dies kann erfindungsgemäß durch die kontinuierliche und gleichmäßige Übergabe der Wärmeenergie entlang der Länge und dem Querschnitt des wärmebehandelten Stoffes dadurch gelöst werden, daß durch das Profil zwischen in Flüssigkeit vorgesehenen Elektroden ein elektrischer Strom mit einer fallweise einstellbaren Stromdichte bei sehr hoher Stromstärke und sehr niedriger Spannung geleitet wird, der das Profil innerhalb einer gewählten Zeitdauer zwischen 1 und 120

Sekunden auf eine Temperatur zwischen 400 und 600° C erhitzt, und das Profil dann abgekühlt wird, wobei das zufolge der Erhitzung und Abkühlung sich in seiner Abmessung ändernde Profil mit einer der Maßänderung proportionalen Geschwindigkeit bewegt i"nd schließlich das durch die Flüssigkeit bereits gekühlte Profil mit einer Flüssigkeit weiter gekühlt wird. Bei dem sich mit gleichmäßiger Geschwindigkeit fortbewegenden, wärmebehandelten Produkt wird an einem bestimmten kurzen, sich z. B. auf einige Zentimeter oder auf einige Meter erstreckenden Weg, zufolge der Wärmewirkung des durchgeleiteten elektrischen Stromes die Erhitzung im ganzen Querschnitt erfolgen. Zufolge der raschen Wärmeübertragung wird die Aufheizungs- und die Warmhaltungsdauer wesentlich gekürzt und sogar die Inkubationszeit zufolge der vor sich gehenden raschen Wärmeübertragung praktisch auf Null fallen. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß dem Produkt außer der thermischen Aktivität auch eine elektrische Aktivität erteilt wird, wodurch die Zeitdauer der tatsächlichen Wärmebehandlung bzw. der Wärmehaltung eine wesentliche Kürzung erfährt

Das Wesen des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß das mit Wärme zu behandelnde Profil aus aluminiumhaltigem Werkstoff zweckmäßig zwischen in Flüssigkeit getauchten Elektroden geführt und dabei in dasselbe im Wege der Elektroden ein sehr starker, z. B. 10 000 Ampere messender Strom von sehr r.iedriger, z. B. 1 Volt, Spannung geleitet wird, wodurch das Profil während einer Zeitdauer von 1 bis 120 Sekunden auf die zur Wärmebehandlung notwendige Temperatur von 400 bis 600⁰C plötzlich erhitzt und hierauf abgekühlt wird, wobei sich das durch die Erwärmung in seiner Länge ändernde Profil in seinem zwischen den Elektroden eintretenden Erhitzungs- und dem folgenden Abkühlungsabschnitt mit einer der Maßänderung proportionalen Geschwindigkeit bewegt, und daß das durch die Flüssigkeit nach der in der Bewegungsrichtung zweiten Elektrode bereits gekühlte Profil im Kühlabschnitt je nach Notwendigkeit noch mit einer besonderen Kühlflüssigkeit, zweckmäßig mit einem Wasserstrahl, weiter abgekühlt wird.

Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Führung und Weiterleitung des Profils mit einstellbarer Geschwindigkeit umlaufende und im Erhitzungsabschnitt die mechanische Beanspruchung des Profils ausschließende Rollen und zwischen diesen in einstellbarer Entfernung angeordnete, durch eine mit einem geregelten Transformator versehene Speiseeinheit gespeiste, in strömender Flüssigkeit, z. B. in Wasser oder Öl, angeordnete Elektroden sowie eine mit einer Flüssigkeit, z. B. mit Wasserstrahlen arbeitende, Kühlvorrichtung vorhanden sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren sowie die Einrichtung werden auf Grund einer Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung bildet eine schematische Darstellung der Einrichtung. Das Pi-ofil 1 wird durch den Wärmebehandlungsabschnitt von den Rollenpaaren 2 und 7 weitergeleitet, zwischen d«:nen im Flüssigkeitsbehälter 4 die Elektrode 3 und irr" Flüssigkeitsbehälter 6 die Elektrode 5 angeordnet ist. Per zwischen den Elektroden 3 und 5 liegende Teil bilde' den Heizabschnitt und der zwischen der Elektrode 5 und dem Rollenpaar 7 befindliche Teil den Kühlabschnitt des behandelten Profils. Die Elektroden 3 und 5 werden über ein Kabel aus der SDeisestromeinheit 8 mit elektrischem Strom versorgt.

Die die Weiterleitungsorgane bildenden Rollenpaare 2 und 7 dienen einer ohne mechanische Beanspruchung erfolgenden Weiterleitung des Profils 1. Die beiden Rollenpaare arbeiten praktisch im Synchrongang, d. h., sie haben eine gleiche Drehzahl, wobei aber die Durchmesser der Rollen des Rolienpaares 7 allgemein größer sind, so daß auch ihre Geschwindigkeit in dem der bleibenden bzw. der hysteretischen Maßänderung entsprechendem Verhältnis abweicht.

Die Elektroden 3 und 5 bestehen aus Rollen oder Gleitkörpern und dienen im Heizabschnitt zur Zuführung des durch die Speisestromeinheit gelieferten elektrischen Stromes zum Profil 1. Ihre Aufgabe besteht in der Zuführung des z.B. 10 000 Ampere starken Heizstromes unter einem kleinen Übergangswiderstand an das zu behandelnde Profil. In den Flüssigkeitsbehältern 4 und 6 sichert eine strömende Flüssigkeit, z. B. Wasser, die Stromzuführung ohne eine, selbst bei Kontaktfehlern auftretende Lichtbogenbildung. Die strömende Flüssigkeit kühlt außer den Elektroden 3 und

5 gleichzeitig auch das bei der Elektrode 5 erhitzte Profil 1. Die Verwendung der strömenden Flüssigkeit ermöglicht auch die Verwirklichung eines betriebssicheren Hochleistungsheizabschnittes. Bei Gebrauch einer Luftkühlung würden die angegebenen Vorteile der Einrichtung zufolge der wegen Kontaktfehlern auftretenden Lichtbogenbildung verloren gehen. Als Folge der Lichtbogenbildurg entstünden an der Oberfläche des Profils auch Brandstellen. Das an den Elektroden haftende Material erhöht in einem solchen Fall gleichfalls die Gefahr des Einbrennens. Die Speisestromeinheit 8 der Einrichtung wird durch einen an den Netzstrom von Industriespannung geschalteten, regelbaren Transformator gebildet, der den Netzstrom zu einem Heizstrom umwandelt. Im Falle der Verwendung von Gleichstrom schließt sich an den Ausgang der Speisestromeinheit auch noch ein Gleichrichter an.

Die Länge des zwischen der Elektrode 5 und dem Rollenpaar 7 liegenden Kühlabschnittes kann, falls notwendig, auf ein Minimum verringert werden, d. h. das Rollenpaar 7 kann ganz bis zu dem Flüssigkeitsbehälter

6 verlegt werden.

Soll im Kühlabschnitt eine intensive Kühlwirkung erreicht werden, so wird die Kühlung in dem erhitzten Teil mit auf das bereits gekühlte Material gerichteter Flüssigkeit, zweckmäßig mit einem Wasserstrahl, durchgeführt. Die intensive Kühlung wird zweckmäßig im Kühlabschnitt vorgenommen, kann aber in besonderen Fällen auch nach der Rolle 7 durchgeführt werden.

Die Fortbewegungsgeschwindigkeit des Profils I in der Pfeilrichtung und die Stromstärke der Elektroden 3 und 5 können im voraus bestimmt werden. Die Regelung erfolgt im Laufe des Betriebes bei einer konstanten Transportgeschwindigkeit auf eine konstante Stromdichte. Die Temperatur wird durch die intermittierende oder kontinuierliche Stromdichte geregelt. Die Temperatur ist mit beliebiger Genauigkeit einstellbar. In Kenntnis des spezifischen elektrischen Widerstandes des Profils kann bei konstantem Querschnitt und mit der erhitzten Länge des Produktes die Temperaturregelung mit den elektrischen Parametern des Speisestromes bzw. mit einer Regelung auf konstante Stromdichte verwirklicht werden. So kann mit der Regelung der elektrischen Leistung die Geschwindigkeit der Wärmebehandlung bzw. die Durchlaufgeschwindigkeit des Materials und die Länge des Heizabschnittes innerhalb eines weiten Geschwindigkeitsbereiches voneinander unabhängig gehalten

werden.

Der Raum des Erhitzungsabschnittes kann mit einem die Wärmestrahlung reflektierenden, von außen wärmeisolierten Schutzmantel bekleidet sein, wodurch die thermischen Verluste auf einen Minimalwert herabsetzbar werden, woraus folgend der Wirkungsgrad der Einrichtung wesentlich verbessert wird. Mit den Fortbewegungsorganen wird die gleichmäßige Eingangs- und Ausgangsgeschwindigkeit des Profils gesichert. Diese Geschwindigkeiten werden durch die auf die Wärmewirkung erfolgende Maßänderung des Profils bestimmt. Der Wert derselben ist während des Betriebs konstant.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung kann die gegenseitige Entfernung der beiden Fortbewegungsorgane sowie der beiden Elektroden — entsprechend dem Wärmebehandlungsverfahren — leicht geändert werden. Die Geschwindigkeit der Förderorgane kann unabhängig voneinander eingestellt werden.

Bei dem herkömmlichen Wärmebehandlungsverfah- ■ ren beträgt die Dauer der Wärmebehandlung /:. B. 30 bis 40 Minuten, während diese bei dem erfindungsgemäßen Verfahren z. B. nur zwischen 0,5 bis 1 Minute liegt.

Mittels der kurzen Behandlungszeit und dem kurzen Erhitzungsabschnitt wird eine Methode dafür gesichert, ■ daß die Wärmebehandlung innerhalb gegebener Grenzen mit höchstmöglichen Temperaturen durchgeführt und dadurch die Dauer des Verfahrens auf ein Minimum herabgesetzt werden kann. In einzelnen Fällen kann die Dauer so weit herabgesetzt werden, daß die Wärmebehandlung selbst in einem einzigen kurzen Abschnitt erfolgt. Ein Vorteil hiervon liegt darin, daß durch die kurze Wärmebehandlungsdauer die Gefahr der Bildung von Grobkorn behoben wird.

Die Wärmebehandlung erfolgt plötzlich und verläuft entlang der Länge und des Querschnitts gleichmäßig, so daß wärmebehandelte Profile herstellbar sind, die über sehr strenge Toleranzen betreffend die Materialqualität verfügen. Betriebsmäßig können Wärmebehandlungen von so kurzer Dauer, wie z. B. ein Wärmestoß, verwirklicht werden, was bisher nur im Laboratorium durchführbar war.

In letzterer Zeit verbreiten sich in der Industrie betriebsmäßige Verfahren zur Herstellung von solchen Halbfabrikaten, in deren Rahmen die Kali- und Warmverformung kontinuierlich und mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit erfolgt. Bei diesen Verfahren bildet jener Umstand eine ernste Schwierigkeit, daß die in die Reihenfolge der die Halbfabrikate herstellenden technologischen Vorgänge unumgänglich einzuschaltende Wärmebehandlung die fortlaufende Herstellung unterbricht. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsverfahrens liegt darin, daß zufolge des großen Durchsatzes gegebenenfalls zwischen die Formungsvorgänge die Wärmebehandlung so eingeschaltet werden kann, daß dadurch die Herstellung der Halbfabrikate, z. B. gehärteter Drähte oder profilierter Bänder kontinuierlich erfolgen kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur kontinuierlichen Wärmebehandlung von flachen oder geformten Profilen aus Aluminium und Aluminiumlegierungen, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Profil zwischen in Flüssigkeit vorgesehenen Elektroden ein elektrischer Strom mit einer fallweise einstellbaren Stromdichte bei sehr hoher Stromstärke und sehr niedriger Spannung geleitet wird, der das Profil innerhalb einer gewählten Zeitdauer zwischen 1 und 120 Sekunden auf eine Temperatur zwischen 400 und 600⁰C erhitzt, und das Profil dann abgekühlt wird, wobei das zufolge der Erhitzung und Abkühlung sich in seiner Abmessung ändernde Profil mit einer der Maßänderung proportionalen Geschwindigkeit bewegt und schließlich des durch die Flüssigkeit bereits gekühlte Profil mit einer Flüssigkeit weiter gekühlt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Führung und Weiterleitung des Profils (1) mit einstellbarer Geschwindigkeit umlaufende und im Erhitzungsabschnitt die mechanische Beanspruchung des Profils ausschließende Rollen (2, 7) und zwischen diesen in einstellbarer Entfernung angeordnete, durch eine mit einem geregelten Transformator versehene Speiseeinheit (8) gespeiste, in strömender Flüssigkeit, z. B. in Wasser oder öl, angeordnete Elektroden (3, 5) sowie eine mit einer Flüssigkeit, z. B. mit Wasserstrahlen arbeitende, Kühlvorrichtung vorhanden sind.