DE2359020A1 - Verfahren und einrichtung zur waermebehandlung von fortlaufendem metallgut mittels elektrischer widerstandserhitzung - Google Patents

Description

Int. CL:

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

Deutsche Kl.:

H 05 b, 3/60

C 21 d, 1/54

21 h, 29/02

18 c, 1/54

Offenlegungsschrift 2 359 020

Aktenzeichen: P 23 59 020.7 Anmeldetag: 27. November 1973 Offenlegungstag: 3. Oktober 1974

Ausstellungspriorität: —

Unionspriorität Datum: Land: Aktenzeichen:

19. März 1973
V. St. v. Amerika
342818

Bezeichnung: Verfahren und Einrichtung zur Wärmebehandlung von fortlaufendem Metallgut mittels elektrischer Widerstandserhitzung

Zusatz zu: Ausscheidung aus: Anmelder: Janatka, Vladimir, Woodbury; Dolan, James J., Southport; Conn. (V.St.A.)

Vertretergem.§ 16PatG: Prinz, E., Dipl.-Ing.; Hauser, G., Dr.rer.nat.; Leiser, G., Dipl.-Ing.;

Pat.-Anwälte, 8000 München

Als Erfinder benannt: Erfinder sind die Anmelder

© 9.74 409 840/684 15/70

ORIGiNM. INSPECTED

Dipi.-Ing. Egon Prinz Dr. Gertrud Hauser jDipI.-lng. Gottfried Leiser

Patentanwälte

Telegramms: Labyrinth München

Telefon: 83 15 10 Postscheckkonto: München 117078

Unser Zeichen: J 60Ö

80C0 Manche» ">% 26» November 1973

Ernsbdrger.trasse 19 Pr ·/O

Vladimir J A N :A Q? K A Ram's Head Hill

Woodbury, Connecticut 06798/V.StJ

James J. D 0 L A Έ 712 Harbor Road

Southport, Connecticut 06490

\ Y.St.A.

Verfahren und Einrichtung zur Wärmebehandlung von fortlaufendem Metallgut mittels elektrischer Widerstandserhitzung

Die Erfindung bezieht sich auf die Wärmebehandlung von fortlaufendem Metallgut zur Einstellung der physikalischen Eigenschaften desselben, und zwar für sich oder in Verbindung mit einer zusätzlichen Behandlung des Gutes. Bei dieser zusätzlichen Behandlung kann es sich um ein Anlassen, um ein Tempern und/oder um die Reduktion von Oxyden handeln, die sich auf dem Gut gebildet haben. Zusätzliche Behandlung des Gutes kann mit dem Auftrag von Überzügen verbunden sein, doch ist dies nicht unbedingt notwendig.

Die Erfindung hat die Aufgabe, eine in- sich sehr geschlossene und wirtschaftliche Einrichtung.für die Wärmebehandlung von fortlaufendem Metallgut zu schaffen, welche das Gut einem genau kontrollierten Erhitzungsgrad unterwirft, um auf diese Weise die physikalischen Eigenschaften des Metalls zu verändern. Diese Einrichtung kann durch zusätzliche Vorrichtungen zum Tempern, zum

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Anlassen oder zur chemischen Behandlung des Metalls vervollständigt sein, um weitere Verfahrensschritte durchführen zu können, wie beispielsweise das Abkühlen oder Abschrecken, das Beizen oder die Herstellung von Überzügen.

Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Wärmebehandlung fortlaufenden Metallgutes zu schaffen, und zwar ein Verfahren, das eine genaue und empfindliche Einstellung der thermischen Eigenschaften des fortlaufenden Gutes zur Erreichung des. gewünschten Ergebnisses ermöglicht.

Weiterhin ist Aufgabe der Erfindung die Schaffung einer Einrichtung zur Wärmebehandlung fortlaufenden Metallgutes, welche ein sehr geringes Maß an Stellfläche einnimmt und welche aus billigen zusammensetzbaren Baueinheiten gefertigt und über lange Zeitspannen ohne kostspielige Betriebsstillegung betrieben werden kann, selbst wenn Störungen oder Beschädigungen der Einrichtung auftreten.

Nach der Erfindung erfolgt die Wärmebehandlung des fortlaufenden Metallgutes durch elektrische Energie, welche dem sich fortbewegenden Gut unmittelbar über Eörder- oder Leitrollen zugeführt wird, die unter elektrische Spannung gesetzt werden. Dabei sind diese die elektrische Energie zuführenden Rollen in mehreren Etappen angeordnet, deren Länge verschieden ist. Die Länge dieser

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Etappen wird so gewählt, daß die in diesen verbrauchte elektrische Energie im wesentlichen gleich ist. Die zugeführte elektrische Energie wird in dein Metall "in Joule* sehe Wärme umgewandelt, wenn dieses zwischen den verschiedenen Leit- und Förderrollen weiterbewegt wird. '

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung, die insbesondere dazu dient, fort- ' laufendes Gut aus eisenhaltigem Metall in Form von !Tafeln, Bändern, Streifen oder Draht einer Wärmebehandlung zu unterwerfen. Die Wärmebehandlung des Gutes geht dem Überzug desselben mit einem anderen Metall, wie z. B. Aluminium, Zink, Zinn oder dgl. voraus. Dabei ist es erforderlich, daß die Oberfläche des Metalles gut gereinigt wird, um Oxyde zu entfernen. Dazu muß der fortlaufende Metallstrang durch Kammern hindvrehgeleitet werden, die eine Schutzgasatmosphäre enthalten, welche eine Oxydation verhindert oder sogar eine Reduzierung bewirkt. Diese Behandlung des sich vorwärtsbewegenden Metallstranges muß erfolgen, bevor der Strang in ein das geschmolzene tiberzugsmä-all enthaltendes Bad eintritt. Das Schutzgas wird den Kammern im Gegenstrom zu der Bewegungsrichtung des weiterwandernden Metallgutes während des. Durchlaufs zwischen dem Eintrittsund dem Austrittsende der Einrichtung zugeführt, um die Wirksamkeit der Einrichtung zu erhöhen, wenn das Metall zuerst genau auf die gewünschte Temperatur erhitet und dann abgekühlt bzw. zum Aufbringen des Überzugs heiß eingetaucht wird.

Die Erfindung ermöglicht also eine wirtschaftliche Wärme-

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behandlung fortlaufender Längen von eisenhaltigem Metall als Vorbereitungsmaßnahme vor dem Durchleiten derselben durch Überzugsbäder aus geschmolzenem Metall, wobei das Metall von schädlichen Oxydschichten mit oder ohne ein Anlassen des Metalls befreit wird. Die Wärmebehandlung der fortlaufenden Stränge aus eisenhaltigem Metall kann aber auch dazu dienen, um das Metall auf die gewünschte Temperatur zu erhitzen, "bevor es, sofern es getempert werden soll, durch Kühlbäder oder aber auch durch andere Bäder, wie z. B. Beizlösungen oder dgl., hindurchgeführt wird. Die Erfindung stellt eine wesentliche Verbesserung der Wärmebehandlung fortlaufender Stränge aus eisenhaltigem Metall zum Zwecke des Anlassens und der Oxydreduzierung als Vorbereitungsmaßnahme für das heiße Eintauchgalvanisieren nach den US-PS 2 136957 und 2 224 410 dar. Die in diesen Patentschriften beschriebenen wärmeisolierten Tunnelofen, in die ein Reduktionsmedium, wie z. B. Wasserstoff, eingeführt wird, sind im Aufbau und in der Unterhaltung kostspieliger und im Betrieb unwirtschaftlicher. Solche Öfen werden mittels Gas, Öl oder auf elektrischem Wege auf etwa 1900° Έ erhitzt, um dem Metall und dem umgebenden Schutzgas eine Temperatur zu vermitteln, die hoch genug ist, um das Metall anzulassen bzw. zu glühen und eine Reduktion der Oxyde zu bewirken, v/as im allgemeinen in dem Bereich von 1800°P erfolgt. In dem Ofen müssen höhere Temperaturen erzeugt werden, als das Metall und die Überzüge sie erreichen, um dem laufenden Strang die gewünschte Wärme zuzuführen, so daß stets ein stark inerter Wärmezustand herrscht.

Etwaige Brüche des fortlaufenden Metallgutes erfordern

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für die Reparatur eine lange Stillsetzung der Einrichtung, damit der Ofen abkühlt. Die übermäßige Erhitzung der Ofenteile, die notwendig ist, um dem zu behandelnden Gut die gewünschte Wärme zuzuführen, begünstigt die Abnutzung und Beschädigung der Einrichtung und erhöht die Betriebskosten derselben.

Die vorgenannten Nachteile werden durch die Verwendung von Leit- und Förderrollen für den fortlaufenden Metallstrang und dazwischenliegende verbindende Kanäle gemäß der Erfindung beseitigt. Diese Rollen unterteilen den sich vorwärtsbewegenden Gutstrang in eine Mehrzahl von Etappen oder Strecken, denen unmittelbar elektrische Energie zugeführt wird, so daß sich die ganze Energie in einer direkten Erhitzung des Materials auswirkt, wenn sich dieses zwischen den Leit- und Förderrollen vorwärtsbewegt, welche unter elektrische Spannung gesetzt 'sind. Die Änderung des Wärmegrades des sich durch die Einrichtung hindurchbewegenden Metalls wird dazu benutzt, um die elektrische Belastung in den verschiedenen' Etappen zu regeln, so daß eine max. Ausnutzung der elektrischen Energie gewährleistet ist. Abgesehen von der Wärmestrahlung des durch die Kammern nacheinander durchlaufenden Metalls sind die Kammern nicht beheizt. Dies kann bei der Berechnung der Länge der Etappen zwischen aufeinanderfolgenden Leitrollen berücksichtigt werden.

Der Umstand, daß die Kammern und Kanäle zwischen aufeinanderfolgenden Leit- und Förderrollen keiner besonderen Heizelemente bedürfen, die normalerweise mit Gas, Öl oder Elektrizität betrieben werden, ermöglicht eine

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solche Verminderung des Querschnittes der Kammern und Kanäle, daß der Querschnitt gerade für den Durchlauf des Gutstranges ausreicht. Das ergibt wiederum eine wirtschaftlichere Ausnutzung der Gase, welche die Schutzatmosphäre "bilden, von der der Gut strang umgeben ist. Die Atmosphäre kann dabei entweder chemisch neutral oder reduzierend sein.

Die unmittelbare und sehr wirksame Erhitzung des durchlaufenden Gutstranges läßt einen geringen Aufwand an Wärmeisolation nahe dem Einlaßende der Einrichtung, d. h. in der Aufheizzone, zu, während in den nachfolgenden Zonen ein unterschiedlicher Aufwand an Isolation möglich ist, der von der Art der gewünschten Behandlung des durchlaufenden Gutes abhängt, nachdem die gewünschte Erhitzung stattgefunden hat.

Die Einrichtung gemäß der Erfindung ermöglicht weiterhin die Abkühlung des Metalls in geregelten Etappen, indem das Gut durch zusätzliche Kanäle geleitet wird, die sich zwischen Führungsröllen erstrecken, denen keine elektrische Energie zugeführt wird. Diese Kanäle können die gewünschte Schutzatmosphäre enthalten und in verschiedenem Maße isoliert sein, um den notwendigen Inderungsgrad der Temperatur des Metalls zu erhalten, während sich dieses nach dem Auslaßende der Einrichtung hin bewegt.

Die direkte Zuführung der elektrischen Energie zu dem

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sich vorwärtsbewegenden Metallstrang läßt eine schnelle Änderung des Erhitzungsprogramms des Metalls im Hinblick auf das angestrebte Ziel zu. So kann das Metall beispielsweise in einem Maße erhitzt werden, daß dasselbe angelassen oder geglüht wird. Dieser Erhitzungsgrad kann jedoch auch-durch Regelung der Spannung, unter die die Rollen gesetzt werden, so vermindert werden, daß eine Anlaßwirkung oder ein Ausglühen des Metalls nicht, eintritt und die Wärmebehandlung sich allein auf eine Reduktion der Oxydschicht beschränkt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Wärmebehandlung des Gutes vereinfacht den Beginn und das Ende dieser Behandlung, ohne daß die Gefahr eines übermäßigen Anlassens oder Ausglühens oder gar eines Yerbfennens des Gutanteiles besteht, welches bei einer Betriebsunterbrechung der Einrichtung in dieser verbleibt.

Bei einem Tunnelofen besteht jedoch- eine solche Gefahr. Das bei einem Bruch des laufenden Metallstranges notwendige Einfädeln desselben, ist durch die Erfindung ebenfalls sehr vereinfacht, weil das Einfädeln nicht durch die Unzugänglichkeit eines auf eine hohe Temperatur erhitzten Ofens behindert ist. Die Einrichtung gemäß der Erfindung kühlt sich nämlich in Minuten ab statt in Stunden, wie dies bei einem raumbeheizten Tunnelofen geschieht.

Andere Aufgaben und Mittel gemäß der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung de^c in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele.

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In der Zeichnung sind:

Pig. 1 ein sehematischer Schnitt der Einrichtung, woraus sich der Durchlaufweg des fortlaufenden Metallgutes ergibt, wenn dieses durch die Wärmebehandlungs-r und Kühlungsabschnitteund schließlich durch ein Überzugsbad wandert,-

Pig. 2 ein Schnitt durch eine Leit- oder Förderrolle, über die sich der Metallstrang bewegt,

Pig. 3 eine schematische Darstellung, welche die

Zufuhr der elektrischen Energie zu den Leit- oder Pörderrollen nahe dem Einlaßende der Einrichtung erkennen läßt,

Pig. 4 eine schematische Darstellung, aus der

sich eine abgeänderte Art der Zuführung der elektrischen Energie zu den Leit- oder. Pörderrollen nahe dem Einlaßende der Einrichtung ergibt und

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Anlage entsprechend Pig. 1 mit einer Dreiphasenstrom-Energieversorgung für. die Leit- oder Pörderrollen nahe dem Einlaßende der Einrichtung und mit Mitteln zur Gaserzeugung für die Schaffung der Schutzatmosphäre für den Metallstrang, wenn dieser sich von dem 409840/0684

Einlaßende der Einrichtung ab durch ein Galvanisierung sbad bewegt.

Die Pig. 1 zeigt schematisch den Durchlaufweg des fortlaufenden Metallstranges M, der aus Tafeln, Bändern, Streifen beliebiger Breite oder Draht von verschiedenem Querschnitt und verschiedenen Abmessungen bestehen kann und der in der Einrichtung gemäß der Erfindung eine Wärmebehandlung erfahren und bei diesem Ausführungsbeispiel ein Überzugsbad durchlaufen soll, um schließlich aus der Einrichtung abgezogen und auf einer Haspel oder irgendeiner anderen Yorrichtung gespeichert zu werden.

Der fortlaufende Metallstrang M läuft unter der Rolle R1 hindurch und dann aufwärts und um die Leit- oder Förderrolle 23, von wo er durch einen Kanal 2 nach einer Umlenkrolle 19 geleitet wird,, welche sich innerhalb eines Gehäuses 13 im unteren Teil der Anlage befindet. Die Gehäuse 10, 11 und 12 sind in größeren Höhenlagen auf dem Gestell der Einrichtung angeordnet, während sich die Gehäuse 14 und 15 auf dein Gestell jenseits des Gehäuses 13 auf geringeren Höhen befinden, so daß der Metallstrang M aufwärts durch einen Kanal 3 zwischen den Gehäusen 13 und 10, um eine leitrolle 16 in dem Gehäuse 10 und dann aufwärts durch den Kanal 4 zwischen den Ge-■■ hausen 10 und 14 weiterwandert. Die Leitrolle 20 in dem Gehäuse 14 lenkt den Metallstrang M nach aufwärts durch den Kanal 5,der sich zwischen den Gehäusen 14 und 11 befindet, während die Leitrolle 17 in dem Gehäuse 11 den Metallstrang M nach unten lenkt, wonach er den Kanal 6

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durchwandert, der sich zwischen den Gehäusen 11 und erstreckt. Weiterhin verläuft der Metallstrang um die Leitrolle 21 herum aufwärts durch den Kanal 7, der sich zwisehen den Gehäusen 15 und 12 befindet, hinter der Umlenkrolle 18 abwärts durch den Kanal 8 in das Gehäuse 45, in welchem sich die Leitrolle 22 befindet, welche den Metallstrang M in den Kanal 9 leitet. Das untere Ende des Kanals 9 führt in das Behandlungsbad 59j in welchem die Leitrolle 41 vorgesehen ist, die den Strang aufwärts zu der Leitrolle R2 führt, die der Strang teilweise umrundet, um dann in Richtung des Pfeiles zu einer Haspel oder einer anderen Speicherstelle zu wandern.

Die Rolle 23 am Einlaßende der Einrichtung ist nicht in einem Gehäuse untergebracht und der in dieser Rolle nach unten laufende Metallstrang M tritt in die Einlaßöffnung 24 am oberen Ende des Kanals 2 ein, welcher den Anfang der eine Schutzatmosphäre enthaltenden Kammer bildet. Die Schutzatmos'phäre kann chemisch neutral oder nicht oxydierend sein. Das die Atmosphäre bildende Gas wird dem Kanal durch eine Öffnung 25 zugeleitet, welche sich in der Nähe des Auslaßendes des Kanalsystems befindet und genauer in Fig. 5 dargestellt ist. Die Gasatmosphäre kann aus Stickstoff mit einem Zusatz von Wasserstoffgas bestehen, welches dem Gas eine Oxyde reduzierende Fähigkeit gibt.

Die verschiedenen vorstehend erwähnten Leit- oder Förderrollen, welche sich innerhalb der verschiedenen Gehäuse befinden, sind so ausgebildet, wie dies Eig. zeigt. Die Rollen sind elektrisch leitend, so daß sie

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dem über die Rollen laufenden Metallstrang elektrische Energie zuführen-können. Gegenüber dem sie einschliessenden Gehäuse sind die Rollen elektrisch isoliert. Die Metallrolle 16, der auch die anderen Rollen der Einrichtung entsprechen, ist auf einer Welle 28 angeordnet, die in Lagern 29' und 30 aus hitzebeständigem Material, wie z. B. Kohle, drehbar gelagert ist. Diese Lager sind ihrerseits gegenüber dem Gehäuse 10 durch Asbestringe 26 und 27 isoliert, die sich auf den gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses befinden. Auf einem Ende der Welle 28 ist ein_vKollektorring 31 angeordnet, der aus gut leitendem Metall, beispielsweise aus Kupfer, besteht. Auf diesen Kollektorring wird die elektrische Energie" mit Hilfe τοη Bürsten 32 übertragen. TJm der Rolle 16 eine Ausdehungsmöglichkeit zu geben, ist diese auf der Welle 28 mit Hilfe von biegsamen Scheiben 38 oder Membranen gehaltert. Das gegenüberliegende Ende der innerhalb des Gehäuses 10 befindlichen Welle 28 ist mittels eines Deckels 37 abgedichtet, um so das Schutzgas innerhalb des Kanalsystems zurückzuhalten.

Die Erhitzung der metallischen Bänder, Drähte oder dergleichen erfolgt bei ihrem Durchlauf zwischen Leit- oder Förderrollen, an die elektrische Spannungen angelegt sind, dadurch, daß die Bänder, Drähte oder dergleichen einen !Teil eines einen Widerstand bildenden Stromweges darstellen. Die Erhitzung wird also durch die Joule'sehe Wärme verursacht. Eine solche Erhitzungsart ist in ihrer industriellen Anwendung seit vielen Jahren bekannt und beispielsweise in den amerikanischen Patentschriften 2176583 und 2 320 sowie 3 592 163 beschrieben.

Es wurden jedoch bisher nicht die Vorteile erkannt, die sich durch die Ausnutzung der Widerstandssteigerung des

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weiterlaufenden Metallstranges ergeben, welche eintritt, wenn sich der Strang von den kühleren zu den heißeren Etappen des Durchlaufweges bewegt. Es wurde nun gefunden, daß man sich dieser Erscheinung bedienen kann, um den Energieverbrauch in den verschiedenen Etappen der Energiezuführung aneinanderanzugleichen, indem die sich zwischen den betreffenden Leit- oder Förderrollen befindlichen Strangabschnitte in ihrer Länge entsprechend verändert werden. So kann bei dem in den Pig. 1 und 3 gezeigten Dreiphasenanschluß 34, bei dem es sich beispielsweise um die Sekundärwicklungen eines Transformators handelt, die Belastung der drei Phasen 34 a, 34 b und 34 c dadurch ausgeglichen werden, daß man die Durchlaufwege des Metallstranges zwischen den Leit- oder Pörderrollen so ändert, daß ihre Länge von dem Einlaßende der Einrichtung zu ihrem Auslaßende hin abnimmt. Danach ist' der erste Abschnitt des Metallbandes oder dergleichen M zwischen der Rolle 23 und der Rolle 19 verhältnismäßig kalt und daher länger, als der zweite Abschnitt des Metallstranges M 3 zwischen der Rolle 19 und der Rolle 16 und dieser ist wiederum länger als der dritte Abschnitt des Metallstranges M 4 zwischen den Rollen und 20.

Bei der Temperaturerhöhung, die der Metallstrang bei seinem Durchlauf durch die Einrichtung erfährt, bewirkt der ständige Anstieg des Widerstandes in den drei aufeinanderfolgenden Abschnitten, daß die Spannung, welche über die Rollen 23 und 19 bzw. 19 und bzw. 16 und 20 an die dazwischenliegenden Abschnitte des Behandlungsgutes angelegt ist, jeweils ein Strom-

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fluß gleicher Stärke zustande bringtDie Belastungen der drei Phasen der Energiequelle sind also im wesentlichen die gleichen.

Eine andere Art der Energiezuführung an dem weiterlaufenden Metallstrang zwischen den Rollen 23 und 19 bzw. zwischen den Rollen 19 und 16 ist aus Mg. 4 ersichtlich. In diesem EaIl steht die Wechselstromquelle P mit zwei Gleichrichter "brücken B 1 und B 2 in Verbindung. Der Ausgang der BrückeB 1 ist "an die Kollektorringe der leit- oder Eörderrollen 19 und 23 angeschlossen, während der Ausgang der zweiten Gleichrichterbrücke B 2 mit den Rollen 19 und 16 verbunden ist. Der Strangabschnitt M zwischen den Rollen 23 und 19 ist länger als der Strangabschnitt M 3 zwischen den Rollen 19 und 16. Da das Metall in dem Abschnitt M 2 kalter als in dem Abschnitt M 3 ist und infolgedessen auch -einen geringeren spezifischen Widerstand hat, ist die Stromleitfähigkeit in dem Abschnitt M 2 größer. Durch entsprechende Wahl der relativen Längen der Abschnitte M 2 und M3 kann jedoch die

ρ Joule'sehe Wärme, die dem Produkt I R entspricht, im wesentlichen konstant gehalten werden. Dies ergibt eine wirtschaftlichere Ausnutzung der Stromquelle,

Die Ausnutzung des sich mit der Temperatur ändernden spezifischen elektrischen Widerstandes des durchlaufenden Metallstranges resultiert in einer, Selbstregelung des Systems. Hält man die Energiezufuhr und die Geschwindigkeit des durchlaufenden Metallstranges in einem geeigneten Verhältnis, so wird der Strang nicht

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überhitzt, weil jeder Temperaturanstieg über das gewünschte Maß hinaus automatisch einen höheren spezifischen Widerstand des betreffenden Strangabschnittes zur Folge hat, wodurch sich eine Verminderung der Stromstärke und damit auch des Energieverbrauches, also eine große Stabilität des Systems ergibt.

Gemäß Fig. 5 wird der Dreiphasen-Wechselstrom über die Rollen 23, 19, 16 zugeführt und dadurch eine schrittweise !Temperaturerhöhung in dem die Erhitzungszone durchlaufenden Metallstrang M erzeugt. Die Rolle 23 ist nicht in einem Gehäuse untergebracht, weil der Metallstrang an dieser Stelle noch eine geringe Temperatur hat und eine Oxydation deshalb nicht zu befürchten ist. Nach dem Eintritt des Stranges durch den Schlitz 24 in das obere Ende des Kanals 2 ist der Strang von einer Schutzgasatmosphäre umgeben, die von einem Stickstofferzeuger 44 oder irgendeinem anderen exotherm!sehen Gasgenerator geliefert wird. Dem inerten Gas wird in geringem Prozentsatz, beispielsweise 10 $, Wasserstoff zugegeben. Die Wasserstoffquelle kann aus einer Ammoniak-Spaltanlage 35 bestehen und der Wasserstoff wird mit dem Stickstoff in der Kammer 36 gemischt,von wo beide Gase in dem gewünschten Verhältnis, für daß da.s Ventil V in Fig. 5 sorgt, dem Kanal 9 nahe dem Auslaßende der Einrichtung mittels des Anschlusses 25 zugeleitet werden. Das Gasgemisch wird in den Kanälen 2 bis 9 in den damit verbundenen Gehäusen unter einem leichten Oberdruck gehalten, um ein Eindringen von atmosphärischem Sauerstoff in das System zu vermeiden. Wie oben angegeben, sind die Gehäuse durch Deckel 37 und flexible Dichtungen

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, 15 -

bzw. durch die !Flüssigkeit in dem Bad 39 hermetisch abgedichtet. Die einzige Öffnung in dem Kanalsystem ist der Schlitz 24 am oberen Ende des Kanals 2, durch welchen das Gas entweicht und abgebrannt wird. Wenn die Einrichtung zur Wärmebehandlung von eisenhaltigen Metallbändern vor der Aufbringung eines metallischen Schutzüberzuges verwendet wird, so ist der Gasauslaß erforderlich, um aus der Kammer den Wasserdampf zu entfernen, der durch die chemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Eisenoxyd gebildet wird, so daß innerhalb der Kammer ein geringer Feuchtigkeitsgehalt zur wirksamen Reduzierung der Oxyde bestehen bleibt. Das Abbrennen des Gases hat den Torteil einer wirksamen Torerhitzung des Metallbändes M, bevor es durch den Schlitz 24 in den Kanal eintritt.

Die Temperatur des Bandes wird durch Strahlungs- und/oder optische Kyrometer geregelt, die in Fenstern 40 in den Gehäusen 10 bis 13 und 14 vorgesehen sind. Bei normalem Betrieb wird die Temperatur des Bandes auf etwa 1850° 3? gehalten und diese Temperatur wird in dem Gehäuse 14 gemessen, gerade bevor das Band mit der Rolle 20 in Berührung tritt. Bei dieser Temperatur geht nicht nur die Reduktion der Oxyde vorsieh, sondern es findet auch e.ine vollständige Rekristalli si erung und demzufolge ein Anlassen des Bandes statt. In einigen Fällen ist ein Anlassen des· Bandes jedoch nicht zweckmäßig. Wird das Band beispielsweise zur Herstellung von gewellten Dachplatten verwendet, so sollte das Material die Steifheit von werkgehärtetem Stahl erhalten. In diesem Pail kann die Temperatur des durch die^cKammer wandernden Bandes auf etwa 1100° 3? vermindert werden, und zwar einfach durch Terringerung des dem Heizkreis zugeführten Stromes oder durch Tergrößerung der linearen

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Geschwindigkeit des durch diesen Kreis wandernden Bandes, so daß jeder Bandteil einer kürzeren Wärmebehandlung unterworfen wird.

Nachdem das Band über die letzte stromführende Rolle 20 herübergelaufen ist, tritt es in die Kühlungszone ein. Die Kanäle 5, 6, 7, 8 und 9 sind nicht wärmeisoliert, so daß eine max. Wärmeabfuhr möglich ist. Die Rollen 17, 18, 21 und 22 haben keine Stromzufuhr. Das Band überläuft diese Rollen und wird schließlich durch die Rolle 22 in einen schrägen Kanal 9 gelenkt, dessen Ende in das geschmolzene Überzugsmetall des in der Wanne 39 enthaltenen Bades führt. Das Band kommt mit dem Überzugsmetall in Berührung, ohne der Atmosphäre ausgesetzt zu sein. Infolge der Abwesenheit von Oxyden, welche beim Durchlauf des Bandes durch die Kammer reduziert wurden, haftet das Überzugsinetall fest an der Bandoberfläche an, indem es mit dem Grundmetall eine Legierung bildet.

Aus der Wanne 39 läuft das Band unter und um die Ablenkrolle 41 herum und es gelangt aus dem Bad in die umgebende Atmosphäre in überzogenem Zustand.

Da die Reduktionskammer teilweise mit Wasserstoff- gefüllt ist, so ist beim normalen Betrieb, besonders aber "bei der Betriebsaufnahme und der Außerbetriebsetzung der Einrichtung,Vorsicht am Platze. Der Inbetriebssetzung muß eine völlige Reinigung der Kammer mit Stickstoff voraus-

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gehen, bis eine an den Schlitz 24 abgenommene Gasprobe anzeigt, daß in dem ausgetretenen Gas kein Sauerstoff vorhanden ist. Glühelemente 42, die in den Rollengehäusen und nahe dem Eintrittsschlitz 24 angeordnet sind, müssen vor einer Zumischung von Wasserstoff zu dem Reinigungsgas in Tätigkeit gesetzt werden. Diese Glühelemente haben die Aufgabe, etwaigen Rest Wasserstoff zu entzünden, der nach der Reinigung innerhalb der Kammer zurückgeblieben sein könnte. Während des Betriebes soll innerhalb der Kammer ein Überdruck von etwa 2" oder 3" Wassersäule aufrechterhalten werden, um jede Möglichkeit eines Sauerstoffeintrittes in die Kammer auszuschließen.

Die Glühelemente sollten während des Betriebes in Tätigkeit bleiben und wenn sich in der Kammer ein Druckabfall einstellt, so muß der Druck durch Öffnung des in einer Nebenleitung liegenden Stickstoff-Notventils 43 (3?ig. 5) schnell wieder hergestellt werden. Der Außerbetriebssetzung der Einrichtung muß ebenfalls eine vollständige Reinigung der Kammer mit Hilfe von Stickstoff vorausgehen. Die Reinigung soll erst dann beendet werden, wenn aller Wasserstoff aus der Kammer entfernt ist.

Wenn auch die gezeigten Ausführungsbeispiele besonders eine vereinfachte Einrichtung zum kontinuierlichen Anlassen oder Ausglühen oder zum heißen Tauchüberziehen von eisenhaltigen Bändern, Streifen, Drähten oder dergleichen dars-tellen, so kann die Wärmebehandlung von Bändern oder ' dergleichen in aufeinanderfolgenden Erhitzungsabschnitten

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durch unter elektrische Spannung gesetzte Leitoder Förderrollen für das durchlaufende Band mit dem Vorteil einer wirtschaftlicheil Ausnutzung der elektrischen Energie auch zur Wärmebehandlung von Metallabschnitten ohne nachfolgende Behandlung verwendet werden. Weiterhin kann das Wärmebehandlungsverfahren gemäß der Erfindung auch bei fortlaufendem Metallgut in Verbindung mit dem Tempern von eisenhaltigen Metallen oder in Verbindung mit der Abänderung der physikalischen Eigenschaften von Metallen in einem Behandlungsbad, z. B. in einem Kühl- oder Beizbad, Anwendung finden.

Pat entansprüche

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   1.) Verfahren zur Wärmebehandlung von fortlaufendem Metallgut durch elektrische Erzeugung Joule'scher Wärme innerhalb des Gutes, gekennzeichnet durch

   a) Hindurchführen des fortlaufenden Metallgutes durch, wenigstens zwei aufeinanderfolgende Etappen, an deren Anfang und Ende das Gut mit stromführenden Rollen in direktem elektrischen Kontakt steht und in denen das Gut nach und nach auf höhere_Temperaturen erhitzt wird und

   b) eine Verkürzung der linearen Abmessungen der aufeinanderfolgenden Etappen in Abhängigkeit von dem mit wachsender Temperatur des Gutes eintretenden Zuwachs des spezifischen Widerstandes und damit des Joule'sehen Effektes, so daß der Verbrauch elektrischer Energie in jeder Etappe im wesentlichen gleich ist.

   \ Verfahrennach Anspruch 1 in Anwendung auf das Anlassen, Ausglühen oder Tempern des fortlaufenden Metallgutes und/oder die Reduktion darauf befindlicher Oxyde vor dem Durchlauf desselben durch ein flüssiges Behandlungsbad.

   3.) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dasselbe in einer Schutzgasatmosphäre durch-

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   geführt wird und das Gut alsdann einen Schutz-Überzug erhält, indem das Gut durch das aus geschmolzenem Überzugsmaterial bestehende Behandlungsbad hindurchgeführt wird.

   4.) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Überzugsmaterial ein Metall aus der Gruppe ist, die Aluminium, Zink und Zinn enthält.

   5.) Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch

   a) Hindurchführen des fortlaufenden Metallgutes durch drei aufeinanderfolgende Etappen mit Schutzgasatmosphäre, an deren Anfang und Ende das Gut mit stromführenden Rollen in direktem elektrischen Kontakt steht und in denen das Gut nach und nach auf höhere Temperaturen erhitzt wird,

   b)eine schrittweise Verkürzung der linearen Abmessungen der drei aufeinanderfolgenden Etappen in Abhängigkeit von dem mit wachsender Temperatur eintretenden Zuwachs spezifischen Widerstandes des Gutes und damit des Joule'sehen Effektes, so daß die Belastung einer zur Speisung der drei Etappen verwendeten Dreiphasen-Wechselstromquelle im wesentlich gleichmäßig verteilt ist.

   r \ Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die jeder Etappe zugeführte elektrische

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   Energie von einer gemeinsamen Wechselstromquelle mit nachgeschaltetem Gleichrichter geliefert wird. .

   7.) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich daran eine Kühlung des fortlaufenden Metallgutes in der Schutzgasatmosphäre anschließt.

   8.) Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung des fortlaufenden Metall- . gutes in der Schutzgasatmosphäre Tor dem Durchlauf des Gutes durch das Behandlungsbad aus geschmolzenem Oberzugsmetall erfolgt.

   9.) Verfahren- nach Anspruch 8,' dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Medium in die Kühlungsetappe des fortlaufenden.· Metallgutes vor dessen überzug im Gegenstrom zu der Bewegungsrichtung des Gutes eingeleitet wird.

   10.) Einrichtung zur Wärmebehandlung fortlaufenden Metallgutes mit einem unbeheizten, ein nicht oxydia?endes Schutzgas enthaltenden Raum, den das Gut durchläuft, gekennzeichnet durch

   a) eine Mehrzahl von Rollen, die das fortlaufende Metallgut längs mehrerer Wege vom Einlaß zum Auslaß der Einrichtung fördern,

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   b) eine elektrische Energiequelle, die elektrische Energie durch einige der Rollen nahe dem Einlaß unmittelbar auf den Abschnitt des Gutes zwischen zwei aufeinanderfolgenden Rollen überträgt und dadurch.mittels des Joule'sehen Effektes eine Erhitzung des Gutes bewirkt,

   c) abgedichtete Kammern, welche die Rollen umschließen und die Gehäuse verbindende,Gas gefüllte Kanäle, wobei die Länge dieser Kanäle und der Abstand zwischen den stromführenden Rollen so gewählt sind, daß die dadurch bestimmten Abschnitte des Durchlauf weges des Gutes in Abhängigkeit von der Entfernung von dem Einlaßende der Errichtung schrittweise kürzer werden, um so den Energieverbrauch über aufeinanderfolgende Rollen trotz des mit wachsender Temperatur steigenden spezifischen Widerstandes des Gutes zu vergleiehmäßigen und

   d) Mittel zur Zuleitung des Schutzgases zu den abgedichteten Kammern und Kanälen.

   11.) Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Energiequelle aus einer Dreiphasen-Y/echselstromquelle besteht, deren Phasen an die am Eingangsende der Einrichtung angeordneten ersten drei Rollen angeschlossen sind.

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   12.) Einrichtung nach Anspruch. 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Energiequelle aus einer Wechselstromquelle und zwei damit verbundenen Gleichrichtersystemen besteht, welche die "beiden ersten Etappen des Durchlaufweges des fortlaufenden Metallgutes speisen.

   13.) Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzgaszufuhr an das Kanalsystem nahe dem Auslaßende der Einrichtung so angeschlossen ist, daß das Schutzgas durch die Kanäle und die abgedichteten Gehäuse der Rollen im Gegenstrom zu der FortSchrittsrichtung des Gutes strömt.

   14.) Einrichtung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Anschluß der Schutzgaszufuhr zu dem Kanalsystem ein flüssiges Behandlungsbad angeordnet ist.

   15.) Einrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch ein Überzugsbad aus geschmolzenem Metall am Ende des Durchlaufweges des Wärme behandelten Metallgutes und eine Schutzgaszuleitung zu den abgedichteten Kammern und Kanälen vor dem. Überzugsbad derart, daß das Gas im Gegenstrom zu dem sich vorwärtsbewegenden Metallgut strömt.

   16.) Einrichtung zur Wärmebehandlung von fortlaufenden Längen eines biegsamen Metallgutes, das einen unbe-

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   heizten, einen nicht oxydierendes Schutzgas enthaltenden Raum durchläuft, gekennzeichnet durch

   a) eine Mehrzahl von Metallrollen zur Förderung des fortlaufenden Metallgutes längs einer Mehrzahl zickzackförmig angeordneter Wegabschnitte vom Einlauf- zum Auslaufende der Einrichtung,

   b) eine elektrische Energiequelle zur Zuführung von elektrischer Energie an einige Rollen in der Nähe des Einlasses der Einrichtung, die durch einen zwischen den Rollen befindlichen Abschnitt des Gutes einen elektrischen Heizstrom fließen lassen, der in dem Gut durch den Joule'sehen Effekt Wärme erzeugt,

   e) abgedichtete Kammern, welche die Rollen umschließen und Kanäle, welche die Kammern verbinden und das Gas leiten, wobei die Länge der Kanäle und der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden stromführenden Rollen so gewählt sind, daß die Länge der Abschnitte zwischen den Rollen mit der Entfernung von dem Einlaßende der Einrichtung schrittweise abnimmt, um so den Verbrauch an elektrischer Energie zwischen aufeinanderfolgenden Rollen trotz des mit fortschreitender Erwärmung des Gutes ansteigenden spezifischen Widerstandes zu vergleichmäßigen und

   d) eine isolierte Anordnung der Rollen, Kammern und Kanäle und

   e) Mittel der Zufuhr des Schutzgases zu den abgedichteten Kammern und Kanälen.

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