DE3934474A1

DE3934474A1 - Verfahren zur erhoehung der anlagenkapazitaet von haubengluehoefen beim gluehen von festbunden

Info

Publication number: DE3934474A1
Application number: DE19893934474
Authority: DE
Inventors: Juergen Dr Ing Bahtelt; Marina Dipl Ing Budach; Annekatrin Dipl Ing Schwaeger
Original assignee: BANDSTAHLKOMBINAT MATERN VEB
Current assignee: EKO STAHL AG, O-1220 EISENHUETTENSTADT, DE
Priority date: 1989-06-13
Filing date: 1989-10-16
Publication date: 1990-12-20
Also published as: AT399163B; ATA238989A; DD284903A5

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Anlagenka pazität von Haubenglühöfen beim Glühen von Festbunden. Anwendungsgebiet der Erfindung sind metallurgische Betriebe, in denen eine Glühbehandlung gewickelter Halberzeugnisse in dis kontinuierlich arbeitenden Glühvorrichtungen unter Einsatz von Schutzgasen vorgenommen wird.

Das Anwendungsgebiet erstreckt sich ebenso auf Haubenglühöfen anderer Bauart, z. B. sogenannte Hochkonvektionsglühöfen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Technische Lösungen zur Glühbehandlung von Festbunden in dis kontinuierlich arbeitenden Glühvorrichtungen sind an sich be kannt. Die gebräuchlichste Ausführungsform dieser Glühvorrich tung sind dabei Haubenglühöfen. Zur Gewährleistung einer für die nachfolgende Verarbeitung des Bandstahls ausreichende Ober flächenqualität ist die Anwendung einer Schutzgasatmosphäre üblich.

Ein wirtschaftlicher Betrieb derartiger Haubenglühöfen gerät zunehmend unter den Zwang zur Intensivierung, wobei diese Tendenz permanenten Charakter annimmt.

Für die Intensivierung vorhandener Anlagen ergeben sich dabei zwei grundsätzliche Wege:

a) Rekonstruktion bzw. Ersatzinvestion und
b) Verbesserung der Prozeßführung.

Rekonstruktion bzw. Ersatzinvestition führen dabei neben dem Ko stenaufwand zu einer in der Regel nicht unbeträchtlichen, zeit weisen Einschränkung der Produktionskapazität, da vorhandene Glühanlagen u. a. kaum eine Flächenreserve, einschließlich Glühplatzreserve, besitzen. Auch in den anderen Fällen ergibt sich zumindest eine wesentliche Belastung der Produktionsorgani sation und -durchführung. Unabhängig davon sind technische Lö sungen zur Intensivierung des Anlagenbetriebes mit verbesserten Ausrüstungen bekannt und haben in der Vergangenheit in ihrer Ge samtheit zur Entwicklung des Hochkonvektionsglühöfen geführt. Dieser Prozeß dauert noch an.

Eine Verbesserung der Prozeßführung als Mittel der Intensivie rung des Anlagenbetriebes weist zunächst den Vorteil auf, daß sowohl kostenmäßig als auch kapazitätsseitige Belastungen aus bautechnischen Maßnahmen weitgehend entfallen.

Neben direkten Maßnahmen zur Senkung der Betriebskosten, z. B. Einsparung von Energie oder Schutzgas, stellt die Verkürzung der Prozeßzeit eine Quelle verbesserter Wirtschaftlichkeit der Ver fahrensdurchführung dar. Die somit realisierbare Steigerung der Anlagenkapazität zieht eine indirekte Kostensenkung nach sich, da die t/h-Leistung gesteigert wird.

Eine Verkürzung der Aufheizzeit, bezogen auf die Zieltemperatur, stehen bei der Bundglühung in Haubenglühöfen sowohl technische Grenzen (z. B. Warmfestigkeit der Muffel), als auch thermodynamische Einschränkungen (z. B. Wärmetransport in das Bundinnere) entge gen. Unabhängig von den technischen Konsequenzen ist der Kosten anstieg infolge des Mehrverbrauch an Energie sicherlich höher zu bewerten als der erreichbare Effekt durch Verkürzung der Auf heizzeit. Wesentlich dafür ist auch der Sachstand, daß in der Vergangenheit diese Prozeßphase aus energetischer Sicht weit gehend optimiert wurde.

Eine andere Möglichkeit stellt die Verkürzung der Abkühlzeit der Bunde dar. Um die Abkühlgeschwindigkeit der Bunde unter der Muffel zu erhöhen, wird die direkte Kühlung der Muffel durch Berieselung mit Wasser angewandt. Die Nachrüstung bestehender Haubenglühanlagen mit derartigen Berieselungsvorrichtungen ist neben den grundsätzlichen Kosten mit einem verstärktem Ver schleiß der Muffel verbunden. In gleicher Weise führt die Er höhung des Wasserstoffanteils im Schutzgas, um das Wärmeleit vermögen zu verbessern, zu einer Steigerung der Betriebskosten, welche durch die Effekte infolge Verkürzung der Abkühlzeit nicht kompensiert werden dürfte. Dieses tritt besonders dann ein, wenn aus sicherheitstechnischen Erfordernissen heraus eine Umrü stung der Anlage erforderlich wird. Ebenso ist der wirtschaftliche Effekt einer Erhöhung der installierten Kühlerleistung frag würdig, da neben den Kosten für leistungsstärkere Kühler auch ein entsprechender Aufwand für eine intensivere Schutzgasumwäl zung mit Zirkulation durch den Kühler auftritt.

Daraus ergibt sich, daß die Wirtschaftlichkeit technischer Lö sungen zur Verkürzung der Abkühlzeit um so sicherer zu erwarten ist, je geringer der Gesamtaufwand zu ihrer Realisierung ist. In diesem Sinne wird z. B. in der SU-EB 13 30 193 eine veränderte Betriebsweise der Brenner vorgeschlagen und damit eine Verkürzung der Gesamtprozeßzeit von ca. 8% ausgewiesen. Dieser Effekt ba siert aber ursächlich nicht auf der Verkürzung der Abkühlzeit. Offensichtlich gibt es dafür bisher kaum hinreichende Ansatzpunk te zur Gestaltung entsprechender Lösungen.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Verbesserung der Wirtschaftlichkeit der Verfahrensdurchführung beim Glühen von Festbunden in Hau benglühöfen durch Steigerung der Kapazität der im Verfahren benutzten Haubenglühöfen infolge Verkürzung der Zeitdauer der Bundabkühlung in einer Schutzgasatmosphäre.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Er höhung der Anlagenkapazität von Haubenglühöfen zu entwickeln, welches eine spezifische Gestaltung der Schutzgasbeaufschlagung während der Abkühlphase zur Steigerung der Kapazität der im Verfahren benutzten Haubenglühöfen, insbesondere zu einer Ver kürzung der Zeitdauer der Bundabkühlung in einer Schutzgasatmos phäre, führt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zur Er höhung der Anlagenkapazität von Haubenglühöfen ein Verfahren durchgeführt wird, welches folgende Verfahrensschritte enthält:

a) Einbringen der Festbunde in die Glühvorrichtung,
b) Enfernen der Umgebungsatmosphäre aus dem Glühraum,
c) Erwärmung der Festbunde in einer Schutzgasatmosphäre üb licher Zusammensetzung bis zum Erreichen der vorgegebenen Endtemperatur der Erwärmung durch die zu diesem Zeitpunkt kälteste Zone der Festbunde,
d) Beibehaltung einer Temperatur der kältesten Zone der Fest bunde, die mindestens gleich der Endtemperatur der Erwär mung gemäß Verfahrensschritt c) ist, während einer vor gegebenen Mindestzeit,
e) Abkühlung der Festbunde in einer Schutzgasatmosphäre üb licher Zusammensetzung bis zum Erreichen der vorgegebenen Endtemperatur der Abkühlung durch die zu diesem Zeitpunkt heißeste Zone der Festbunde,
f) Ausbringen der Festbunde aus der Glühvorrichtung,
g) Abkühlen der Festbunde unter Umgebungsbedingungen auf Um gebungstemperatur,

wobei während des Verfahrensschrittes e) eine Schutzgasbeauf schlagung des Glühraumes in der Weise vorgenommen wird, daß, beginnend mit einer ersten Spülphase (eintretender gleich aus tretender Schutzgasvolumenstrom), nach einer spülfreien Zeit (austretender Schutzgasvolumenstrom =0) mindestens eine weitere Spülphase folgt, wobei in spülfreien Zeiten (austretender Schutzgasvolumenstrom =0) ein Teilstrom des im Glühraum um gewälzten Schutzgases durch einen Kühler zirkulieren kann.

Durch die erfindungsgemäße Gestaltung von Spülphasen während der Bundabkühlung in einer Schutzgasatmosphäre werden folgende Effekte erzielt:

- Austragen der sich zu Abkühlungsbeginn noch in der Gasphase des Glühraums anreichernden Reste belagsbildender Komponen ten des verdampften Walzmittels bzw. seiner Rückstände und
- Steigerung der Abkühlungsgeschwindigkeit der Festbunde durch Erhöhung des Temperaturgradienten infolge des vollständigen, kurzzeitigen Austauschs der Schutzgasatmosphäre im Glühraum durch frisches Schutzgas.

Für die beschriebenen Effekte ist ausschlaggebend, daß die Tem peratur der Gasphase im Glühraum, insbesondere in der Anfangs phase der Bundabkühlung, wesentlich höher als die Temperatur des frischen Schutzgases ist, weil das durch den Kühler zirku lierende Schutzgas beim Wiedereintritt in den Glühofen sich mit der Schutzgasatmosphäre sofort vermischt und somit an der Bund oberfläche nur die gegenüber der Kühleraustrittstemperatur we sentlich höhere Mischungstemperatur wirksam wird. Deshalb tritt die Kühlerwirkung erst allmählich ein, da es technisch-ökono misch unvertretbar ist, den zum Austausch der Schutzgasatmosphäre analogen Effekt über das durch den Kühler zirkulierende Schutz gas zu realisieren.

Die Zweckmäßigkeit des Spülens in Zeitintervallen ergibt sich daraus, daß der Wärmetransport aus dem Bundinneren an die Ober fläche zeitlich verzögert abläuft. Es ist deshalb günstig, nach der mit dem Spülen mit frischem Schutzgas verbundenen kurz zeitigen Ab- bzw. Unterkühlung der Bundoberfläche einen Aus gleich des Temperaturprofils in den Festbunden zu gewährleisten. Während dieser Zeit ist es wirtschaftlich, das Schutzgas im Glüh raum umzuwälzen und nur einen Teilstrom durch einen Kühler zir kulieren zu lassen.

Da mit sinkendem Temperaturniveau der Festbunde im Glühraum der Ausgleich ihrer Temperaturprofile immer längere Zeiträume erfor dert, ergibt sich daraus, die Zeitabstände zwischen den Spül phasen mit fortschreitender Bundabkühlung zu verändern, vorzugs weise zu vergrößern.

Zur Gestaltung einer effektiven Verfahrensdurchführung ist es er forderlich, die Intensität der Schutzgaszuführung in den Spül phasen möglichst hoch, aber auch variabel zu wählen, da der ge wünschte Kühleffekt indirekt proportional zur Dauer des voll ständigen Austausches der Schutzgasatmosphäre im Glühraum ist. Aus dem gleichen Grund sind andere Spülphasen zu Kühlbeginn als am Ende der Kühlung einzustellen.

Weiterhin ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, das während der Spülphasen aus dem Glühraum austretende Schutzgas anderen Hauben glühöfen zuzuführen, bei denen sich die Verfahrensdurchführung im Schritt c) befindet, so daß ein Schutzgasmehrbedarf vermieden wird. Zur Verhinderung des Eintrags unerwünschter belagsbildender Komponenten des Walzmittels bzw. seiner Rückstände durch diese Schutzgasrückführung ist es möglich, insbesondere in der ersten Phase der Bundabkühlung das während der Spülphasen austretende Schutzgas nicht anderen Glühöfen zuzuführen. Das Ende dieser Pha se wird durch die Unterschreitung einer vom jeweiligen Walzmittel abhängigen Grenztemperatur für die heißeste Zone der Festbunde bestimmt.

Für die erfindungsgemäße Verfahrensdurchführung ist weiterhin wesentlich, daß (siehe Anspruch 4) das Ende des Verfahrensschrit tes c) erreicht ist, wenn das Temperaturprofil in den Festbunden im Glühraum soweit ausgeglichen ist, daß für die veränderten Abkühlbedingungen der Verfahrensschritte f) und g) die Ausbil dung von Anlauffarben an der Bundaußenoberfläche nicht mehr auf tritt.

Dieses Temperaturprofil ist in komplexer Weise abhängig von:

- Glühvorrichtung,
- Stahlmarke,
- Bundabmessungen sowie Anzahl der Festbunde im Glühraum,
- Durchführung des Verfahrensschrittes e).

Die zeitabhängige Variation des Schutzgasvolumenstroms im Ver fahrensschritt e) hängt in analoger Weise von den konkreten Glüh bedingungen, wie

- Glühvorrichtung,
- Stahlmarke,
- Bundabmessungen sowie Anzahl der Festbunde im Glühraum,
- Schutzgaszusammensetzung und
- Kühlerleistung

ab, so daß die off-line-Ermittlung der Abhängigkeit "Zeitpunkt seit Kühlbeginn/Schutzgasvolumenstrom" aus der Kenntnis des Ver laufs der Temperatur in den Festbunden im Glühraum unter Berück sichtigung vergangener Spülphasen ermittelt werden kann.

Deshalb ist ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Verfah rensdurchführung, daß hierbei die Anwendung von meßtechnischen Vorrichtungen zur Gewinnung von Prozeßdaten aus dem Glühraum nicht zwingend erforderlich ist, denn die Variation des Schutzgasvolu menstroms kann mit Hilfe der einmal ermittelten Zeitfunktion für die jeweilige Prozeßführung als Steuerung in unkomplizierter Weise über äußere Stellglieder realisiert werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Dazu zeigt Fig. 1 Temperaturverläufe bei der Abkühlung geglühter Festbunde.

Dazu wurden folgende technischen Hauptparameter zugrunde gelegt:

- Glühplatzbelegung
3 Festbunde
- Bundaußendurchmesser	2160 mm
- Bundinnendurchmesser	600 mm
- Bundhöhe	1250 mm
- Banddicke	1 mm
- Muffelinnendurchmesser	2600 mm
- Schutzgas N/H	95/5 Vol%

Auf die Angabe weiterer konstruktionsspezifischer Parameter wird verzichtet, da durch Veränderung der Schutzgasbeaufschlagung wäh rend der Kühlphase die in Fig. 1 dargerstellten Verhältnisse so wohl variiert als auch für andere Anlagenkonfigurationen reprodu ziert werden können.

Die in Fig. 1 dargestellten Temperaturverläufe beziehen sich auf die Oberflächentemperatur am Außendurchmesser des mittleren Bun des. Der Endpunkt der Kühlung wird mit dem Unterschreiten von 120°C an der heißesten Stelle der Bundoberfläche im Stapel festgelegt, um Anlauffarben beim Ziehen der Muffel zu vermeiden. Die Kühlung beginnt zunächst passiv nach Entfernung der Heizhau be. Anschließend wird ein Schutzgaskühler zugeschaltet. Mit der zusätzlichen Schutzgasbeaufschlagung unter Berücksichtigung der sich bei der Abkühlung einstellenden thermischen Triebkräfte wird einheitlich vor dem Unterschreiten von 400°C begonnen (Punkt Z in Fig. 1).

Die sich daran anschließenden Kurvenverläufe stellen dar:

Kurve A
Temperaturverlauf ohne Schutzgasbeaufschlagung,
Kurve B	Schutzgastemperatur nach Spülphase jeweils auf (3 TSG + TFG)/4 abgesenkt,
Kurve C	Schutzgastemperatur nach Spülphase jeweils auf (TSG + TFG)/2 abgesenkt,
TSG	mittlere Schutzgastemperatur im Glühraum vor Beginn der jeweiligen Spülphase,
TFG	mittlere Temperatur des zur Spülung benutzten frischen Schutzgases.

Zur Gestaltung einer einfachen Zeitfolgesteuerung beginnen die einzelnen Spülphasen zu jeder vollen Stunde nach Beginn der er sten Spülphase und werden bei konstanter Volumentemperatur bei Erreichen der angegebenen Schutzgastemperatur im Glühraum beendet. In den spülfreien Zeiten werden bei Variante B und C auf die Teil stromkühlung im Gegensatz zur Variante A verzichtet. Bezogen auf die gesamte Glühzeit ergibt sich bei der dargestellten Anwendung der Erfindung für die Variante B eine Verkürzung von 9,8% bzw. für die Variante C von 15,2%.

Die Gestaltung eines ökonomischen Schutzgaseinsatzes ergibt sich aus der Wiederverwertbarkeit des während der Spülphase aus dem Glühraum austretenden Schutzgases für andere Glühöfen. Zur Reinhaltung des Schutzgassystems wird unter Berücksichtigung der Anfangstemperatur bei Beginn der ersten Spülung das dabei aus dem Glühraum austretende Schutzgas emittiert.

Claims

1. Verfahren zur Erhöhung der Anlagenkapazität von Haubenglühöfen, welches nachfolgende Verfahrensschritte beinhaltet:

a) Einbringen der Festbunde in die Glühvorrichtung,
b) Entfernen der Umgebungsatmosphäre aus dem Glühraum,
c) Erwärmung der Festbunde in einer Schutzgasatmosphäre üb licher Zusammensetzung bis zum Erreichen der vorgegebenen Endtemperatur der Erwärmung durch die zu diesem Zeitpunkt kälteste Zone der Festbunde,
d) Beibehaltung einer Temperatur der kältesten Zone der Fest bunde, die mindestens gleich der Endtemperatur der Erwär mung gemäß Verfahrensschritt c) ist, während einer vor gegebenen Mindestzeit,
e) Abkühlung der Festbunde in einer Schutzgasatmosphäre üb licher Zusammensetzung bis zum Erreichen der vorgegebenen Endtemperatur der Abkühlung durch die zu diesem Zeitpunkt heißeste Zone der Festbunde,
f) Ausbringen der Festbunde aus der Glühvorrichtung,
g) Abkühlen der Festbunde unter Umgebungsbedingungen auf Um gebungstemperatur,

gekennzeichnet durch, daß während des Verfahrensschrittes e) eine Schutzgasbeaufschlagung des Glühraumes in der Weise vor genommen wird, daß, beginnend mit einer ersten Spülphase (ein tretender gleich austretender Schutzgasvolumenstrom), nach einer spülfreien Zeit (austretender Schutzgasvolumenstrom =0) min destens eine weitere Spülphase folgt, in spülfreien Zeiten (austretender Schutzgasvolumenstrom =0) ein Teilstrom des im Glühraum umgewälzten Schutzgases durch einen Kühler zirkulieren kann.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zeit liche Dauer und/oder zeitlicher Abstand aufeinanderfolgender Spülphasen mindestens einmal verändert wird und/oder der Be trag des während der Spülphase in den Glühraum eintretenden bzw. aus dem Glühraum austretenden Schutzgasvolumenstrom min destens einmal verändert wird.

3. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekenn zeichnet dadurch, daß der während der Spülphasen im Verfah rensschritt e) aus dem Glühraum austretende Schutzgasvolumen strom zur Schutzgasbeaufschlagung anderer Haubenglühöfen, vorzugsweise für Verfahrensschritt c), vollständig oder teil weise zugeführt wird.

4. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekenn zeichnet dadurch, daß die Gesamtdauer des Verfahrensschrittes e) minimal ist, aber gleichzeitig Oxidationsreaktionen zur Aus bildung von Anlauffarben an der Bundoberfläche während des Verfahrensschrittes f) bzw. g) vermieden werden.