DE60019708T2

DE60019708T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Vermeiden von Falten in einem Band in der Schnellkühlstrecke einer Wärmebehandlungsanlage

Info

Publication number: DE60019708T2
Application number: DE60019708T
Authority: DE
Inventors: Catherine Pasquinet; Xavier Cluzel; Akli Elias; Jerome Muller
Original assignee: Stein Heurtey SA; USINOR SA
Current assignee: USINOR SA; Fives Stein SA
Priority date: 1999-12-17
Filing date: 2000-11-28
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2020-11-29
Also published as: US6464808B2; EP1108795A1; DE60019708D1; CN1141404C; FR2802552A1; DE1108795T1; US20020124916A1; JP2001200319A; EP1108795B1; ES2158833T3; ATE294249T1; FR2802552B1; CN1300859A; ES2158833T1

Description

Die Erfindung betrifft Perfektionierungen für Schnellkühlammern von Wärmebehandlungslinien für Metallbänder. Sie ist insbesondere darauf gerichtet, die Bildung von Welligkeiten zu verringern, die sich in Metallbändern bilden, die einem Abkühlungsvorgang in kontinuierlichen Wärmebehandlungslinien unterworfen werden, in welchen diese Bänder durch Kühlzonen transportiert werden, die mit mit einem Kühlgas betriebenen Blasmitteln versehen sind.
Um das technische Gebiet, auf welches sich die vorliegende Erfindung richtet, näher zu charakterisieren, wird in erster Linie auf 1 Bezug genommen, die schematisch, perspektivisch und in einem Teilausschnitt die Zone der Abkühlung eines Metallbandes in einer Wärmebehandlungslinie zeigt.
1 ist zu entnehmen, dass das Band 1 durch die Schnellkühlzone 2 gelangt, indem es über eine Eingangsrolle 3 und eine Ausgangsrolle 10 läuft. Während des Durchlaufs durch die Zone 2 ist das Band 1 Kühlgasstrahlen ausgesetzt, die von einer gewissen Anzahl von Kastenpaaren wie 4 und 5 und 6 und 7 aufgeblasen werden, die jeweils mit Blasmitteln versehen sind, wobei jeweils ein Kasten auf einer Seite des Bandes angeordnet ist. Die Kühlkästen wie 4 und 5 und 6 und 7 besitzen eine Länge, die derart begrenzt ist, dass sie den Einbau einer bzw. mehrerer Stabilisierungsrollen oder Stabilisierungsrollenpaare wie die Rollen 8 und 9 zwischen zwei aufeinander folgenden Kästen wie 4 und 6 bzw. 5 und 7 erlaubt, wobei diese bekannten Rollen dazu bestimmt sind, das Band 1 zu führen und zu stabilisieren.
Das Blasen des Kühlgases auf das Band wird von beliebigen herkömmlichen Mitteln wie insbesondere den in US-A-3 068 586 beschriebenen sichergestellt.
In dem in 1A gezeigten Diagramm, das zu 1 gehört, ist die Stärke ϕ der Abkühlung, die das Band 1 während seines Durchlaufs durch die Zone 2 erfährt, dargestellt. Bei seinem Eintritt zwischen die ersten Kühlkästen 4 und 5 wird das Band plötzlich einem beträchtlichen Kühlstrom ausgesetzt, dessen Stärke über die gesamte Länge des Kühlkastens konstant bleibt und nach diesen Kästen plötzlich stark abnimmt. Diese Schwankung der Stärke der Abkühlung, der das Band ausgesetzt ist, wiederholt sich während seines Durchlaufs durch jedes folgende Paar aus Kühlkästen, die über die gesamte Länge der Zone 2 angeordnet sind, wie 1A klar zu entnehmen ist.
Dabei ist die Stärke der Abkühlung des Bandes über die Länge eines Kastens von der Temperatur des aufgeblasenen Kühlgases, den geometrischen Charakteristika der Blasöffnungen der Kästen und dem Abstand dieser Öffnungen zum Band abhängig.
Die Erhöhung der Leistungsfähigkeit von Linien zur Wärmebehandlung oder Beschichtung von Bändern drückt sich durch die Anwendung von Kühlzyklen aus, die schnell sind bzw. eine Abfolge von mehr oder weniger schnellen Abkühlungsgradienten umfassen, die den Einsatz sehr beträchtlicher Kühlgasdurchflüsse erfordern.
In 2 der im Anhang befindlichen Zeichnungen ist ein solcher Typ eines Abkühlungszyklus veranschaulicht, in welchem beispielsweise das Band gemäß den abfallenden Kurvenabschnitten A–B, C–D und E–F abgekühlt wird, wobei mindestens einer dieser abfallenden Kurvenabschnitte steiler als die Abkühlungskurvenabschnitte verläuft, die für den Stand der Technik charakteristisch sind. In 2 entsprechen die Kurvenabschnitte B–C und D–E den Diskontinuitäten der Abkühlung, die mit den Unterbrechungen der Blaskästen für die Anbringung der Stabilisierungsrollen wie die Rollen 8 und 9, die in 1 gezeigt sind, verbunden sind.
Diese Vergrößerung der Neigung von Abschnitten der Abkühlungskurve hat zu einem kritischen Problem bei diesem Typ einer Kühlzone geführt: der Bildung von Welligkeiten im Band, die zu einer Verschlechterung der Produktqualität führen. Deshalb liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde, dieses Problem zu lösen, indem sie eine Lösung bereitstellt, die es erlaubt, die Bildung von Welligkeiten in dem Band während des schnellen Abkühlens zu begrenzen, wobei die Nenngeschwindigkeit des Bandes während seines Durchlaufs durch die Schnellkühlzone erhalten bleibt, d. h. kein Produktivitätsverlust auftritt.
Anschließend wird das technische Problem, das von den Lösungen des Standes der Technik verursacht wird und das erfindungsgemäß gelöst wird, näher erläutert.
Die Abkühlung des Bandes durch die Gasstrahlen, die von den Kühlkästen aufgeblasen werden, bewirkt eine Kontraktion des Material des Bandes in Richtungen, die parallel und quer zur Durchlaufrichtung des Bandes verlaufen. Dabei wird die Kontraktion in der Durchlaufrichtung des Bandes von der Einrichtung zur Regelung des Zugs des Bandes kompensiert, mit welcher die Kühlzone oder die Linie, in welche diese Kühlzone integriert ist, ausgerüstet ist.
Die Kontraktion in der Richtung, die quer zur Durchlaufrichtung des Bandes verläuft, erzeugt Druckkräfte im Material, die zur Achse des Bandes gerichtet sind.
Über die gesamte Länge des Blaskastens ist die Stärke des Kühlstroms auf das Band konstant, und es gibt keine große Differenz zwischen den Druckkräften, die in einem Bandabschnitt und in dem, der ihm in Durchlaufrichtung des Bandes vorhergeht, vorhanden sind.
Bei einer schnellen Veränderung der Abkühlungsintensität können die Druckkräfte in einem Abschnitt des Bandes größer als diejenigen sein, die in dem Abschnitt auftreten, der jenem vorhergeht und einer Abkühlung mit geringerer Intensität unterworfen worden ist. Diese Differenz ist umso größer, je größer die Veränderung der Neigung der Abkühlungskurve zwischen diesen zwei Abschnitten ist, wie es beispielsweise am Eingang oder nach dem Ausgang eines Paars von Kühlkästen der Fall ist.
In 3 der im Anhang befindlichen Zeichnungen sind die Ergebnisse der Modellierung durch Berechnung der thermomechanischen Spannungen gezeigt, die im Material des Bandes in den verschiedenen Abkühlungsstufen auftreten, denen dieses Band gemäß dem in 2 dargestellten Zyklus unterworfen wird.
In 3 ist das zuvor beschriebene Phänomen und die Veränderung der Temperaturen über die Länge L der Kühlzone sowie die in diesem Material resultierenden Spannungen gezeigt.
Dabei zeigt die Kurve C1 die theoretische Veränderung des Bandes während seines Durchlaufs durch die Kühlzone, die Kurve C2 die tatsächliche Veränderung dieser Temperatur mit den Singularitäten, die von der Diskontinuität des Abkühlungsvorgangs verursacht werden, die mit den Konstruktionszwängen der Kühlzone verbunden sind, und die Kurve C3 die Veränderung der Spannung im Material des Bandes über die Länge der Kühlzone.
In Kurve C2 ist bei jeder Veränderung der Neigung der Abkühlungskurve, so klein sie auch sei, das Auftreten einer beträchtlichen Spannungsspitze in dem Material festzustellen. Sobald sich die Neigung der Abkühlungskurve stabilisiert hat, verringert sich die Spannung, gegebenenfalls kehrt sie sich um, um bei der nächsten Modifizierung der Neigung der Abkühlungskurve erneut aufzutreten. Weiterhin ist zu sehen, dass bei jeder Modifizierung der Neigung der Abkühlungskurve in C2 eine entsprechende Spannungsspitze in der Kurve C3 erscheint.
Die Größe dieser Spannungsspitze ist von der Temperatur des Bandes und von der Veränderung der Neigung der Abkühlungskurve abhängig, d. h. von der Veränderung der Abkühlungsgeschwindigkeit an dem Punkt der Kurve C2 oder an dem Punkt, der dem Zeitpunkt entspricht, zu welchem das Band in die Abkühlungszone gelangt oder diese verlässt, die einem Paar aus Kühlkästen wie 4 und 5 in 1 entspricht.
Die quer zur Achse des Bandes verlaufenden Spannungen erzeugen Druckkräfte, deren Stärke im Band Welligkeiten verursachen kann. Diese können verschiedene Formen annehmen, so können sie über die Länge des Bandes kontinuierlich oder diskontinuierlich sein, sie können parallel zur Achse des Bandes verlaufen oder über dessen Breite eine Schlangenlinie bilden. Sie können einzeln verlaufen oder sich in Form mehrerer paralleler Wellen verändern, die linear kontinuierlich, diskontinuierlich, oder in einer gegebenenfalls unregelmäßigen Kurve verlaufen.
Um das Problem zu lösen, das aus der Bildung dieser Welligkeit resultiert, wird erfindungsgemäß ein Verfahren bereitgestellt, das im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, dass es darin besteht, bei einer Veränderung der Neigung des Kühlzyklus die Intensität des Abkühlungsvorgangs fortschreitend derart zu modifizieren, dass die entsprechende Spannungsspitze im Material begrenzt und die quer zur Durchlaufrichtung des Bandes verlaufenden Druckkräfte verringert oder beseitigt werden, die an dieser Stelle zwischen zwei aufeinander folgenden Abschnitten des Bandes auftreten, wobei sie in diesem Welligkeiten verursachen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in 4A zusammen mit 4 veranschaulicht, die teilweise eine Zone 2 der schnellen Abkühlung des Bandes 1 in einer 1 ähnlichen Ansicht zeigt. 4A zeigt die Modifizierungen der Wirksamkeit der Abkühlung des Bandes, die durch die Anwendung des Verfahrens erhalten werden, am Eingang und am Ausgang der Kühlkästen 4 und 5. Dabei ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass das erfindungsgemäße Verfahren an einer beliebigen Stelle der Kühlzone durchgeführt werden kann, an welcher eine Veränderung der Neigung der Abkühlungskurve im Abkühlungszyklus des Bandes auftritt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Qualität des Endprodukts verbessert, vorausgesetzt, dass durch die Wärmebehandlung, die mit dem Material des Bandes durchgeführt wurde, in diesem keine Kontraktion hervorgerufen worden ist, die in der Lage wäre, in ihm eine Spannung zu erzeugen, die sich nicht mit seinen mechanischen Eigenschaften bei der entsprechenden Temperatur verträgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann durch beliebige geeignete Mittel durchgeführt werden, die es erlauben, die starken Schwankungen der Neigung der Abkühlungskurve zu begrenzen oder eine fortschreitende Veränderung der Abkühlung zwischen der Eingangsrolle 3 und den ersten Kühlkästen 4 und 5, zwischen zwei aufeinander folgenden Kühlkästen, zwischen den Ausgangskühlkästen und der Rolle 10 oder an einem beliebigen Punkt der Anlage, an welchem eine Veränderung der Neigung der Abkühlungskurve auftritt, zu begrenzen.
Anschließend werden unter Bezugnahme auf die 5 bis 10 verschiedene Ausführungsbeispiele von Mitteln, die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden, beschrieben. Diese Figuren zeigen schematisch den Beginn einer Kühlzone 2 mit deren ersten Kästen 4 und 5, zwischen denen das abzukühlende Band 1 der Einwirkung der Kühlgasstrahlen ausgesetzt wird, die von den auf den Kästen vorgesehenen Blasmitteln aufgeblasen werden.
In der in 5 dargestellten Ausführungsform sind die Kästen 4 und 5 mit herkömmlichen Blasmitteln versehen, die aus Rohren oder Düsen 11 bestehen, die auf der gesamten Band 1 gegenüberliegenden Fläche der Kästen angeordnet sind. Die Kästen 4 und 5 sind mit Blasmitteln 11 versehen, wovon die in Durchlaufrichtung des Bandes ersten derart eine Entfernung zwischen Blasöffnung und Band aufweisen, die größer als die derjenigen ist, die sich auf der restlichen Länge der Kästen befinden, dass sich die Wirksamkeit verringert. Wie in 5 gezeigt, kann sich die Entfernung zwischen Blasöffnung und Band fortschreitend bis auf den üblichen Wert über die gesamte Länge des Kastens derart verringern, dass eine fortschreitende Abkühlung des Bandes dem gewünschten Effekt entsprechend erhalten wird.
In dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Kühlkästen 4 und 5 mit Blasmitteln 11 versehen, wovon die ersten in Durchlaufrichtung des Bandes mit einem Abstand oder einem Raster zueinander angeordnet sind, der/das größer als der/das derjenigen ist, die sich auf der restlichen Länge der Kästen befinden, um eine fortschreitende Abkühlung des Bandes zu erhalten.
Das Fortschreiten der Wirksamkeit der Abkühlung des Bandes kann auch erhalten werden, indem der Versorgungsdruck der Blasöffnungen 11 der Kästen 4 und 5, die sich in der Nähe eines Punktes der Veränderung der Neigung der Abkühlungskurve befinden, variiert wird. In dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel wird diese Variierung des Versorgungsdrucks der Blasöffnungen 11 durch eine Unterteilung der Blaskästen 4 und 5 derart realisiert, dass deren jeweiliger Eingangsbereich von den Zuleitungen 14 und 15 unabhängig mit einem Druck versorgt wird, der niedriger als der Versorgungsdruck der übrigen jeweiligen Bereiche dieser Kästen ist, die von den Zuleitungen 16 und 17 versorgt werden.
Erfindungsgemäß kann die Modifizierung des Versorgungsdrucks der verschiedenen Blasbereiche ein und desselben Kastens variabel durch außen an dem Bereich befindliche Mittel erfolgen, die von der Einrichtung zur Regelung der Anlage an jedem Punkt, an welchem die Veränderung der Abkühlungsintensität erreicht werden soll, gesteuert werden.
Es kann ein vergleichbarer technischer Effekt erhalten werden, indem der Querschnitt der Blasöffnungen 11 in dem Teil der Kästen, in welchem das Fortschreiten des Abkühlungsvorgangs gewünscht wird, verkleinert wird. Eine solche Lösung ist in 8 dargestellt, in welcher zu sehen ist, dass bei einem konstanten Abstand oder Raster die Verringerung des Querschnitts der Blasöffnungen 11 in Durchlaufrichtung des Bandes kleiner wird, bis diese Blasöffnungen den Nennwert des gesamten Kastens erreichen.
In 9 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel gezeigt. In dieser Abwandlung sind Ablenkbleche wie 12 vorgesehen, die auf beiden Seiten des Bandes sowie an den Seitenflächen der Kästen 4 und 5 in der Nähe des Punktes angebracht sind, in welchem die Modifizierung der Neigung der Abkühlungskurve stattfindet. Die Ablenkbleche 12 zwingen das von den Blasöffnungen 11 kommende Kühlgas parallel zum Band (Pfeil 13) in einer zu dessen Vorwärtsbewegung entgegengesetzten Richtung zu strömen. So wird das Kühlgas zwischen die Umlenkble che und das Band geleitet. Durch diese Anordnung erhöht sich die Temperatur des Kühlgases und erzeugt so das gewünschte Fortschreiten der Abkühlung über die Länge der Umlenkbleche 12.
In 10 ist eine andere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt, die vorgesehen ist, die Diskontinuität der Abkühlung zwischen zwei aufeinander folgenden Kastenpaaren 4, 5 und 6, 7 zu begrenzen, zwischen denen Stabilisierungsrollen 8 und 9 angeordnet sind. In dieser Abwandlung sind die Blasöffnungen 11 auf den Kästen 5 und 6 über die größtmögliche Entfernung angebracht, um die Länge des Bandes zu begrenzen, die nicht dem Abkühlungsvorgang unterworfen wird. Durch diese Anordnung wird das gewünschte Fortschreiten der Abkühlung erhalten.
Die Erprobung der Erfindung in Industrieanlagen hat gezeigt, dass die Wirkung der verschiedenen zuvor beschriebenen Mittel von der Erzeugung einer Spannungsdifferenz zwischen den Rändern und der Mitte des Bandes ergänzt werden kann. Diese Spannungsdifferenz kann durch thermische oder mechanische Mittel erhalten werden, beispielsweise durch ein geeignetes Profil von Eingangsrolle 3 und Ausgangsrolle 10. Diese Spannungsdifferenz erzeugt eine Verformung des Bandes und dessen Planheit und erlaubt so, die Wirkungen der Druckkräfte zu begrenzen, die bei einer Veränderung der Neigung der Abkühlungskurve auftreten.
Es ist selbstverständlich, dass die Mittel, die es erfindungsgemäß erlauben, die Intensität der Abkühlung des Bandes bei jeder Veränderung der Neigung der Abkühlungskurve fortschreitend zu modifizieren, derart in jedem Bereich der Kästen, in welchem diese Veränderung der Kurvenneigung stattfindet, eingebaut werden können, dass das Fortschreiten der Abkühlung an dem Eingang, dem Ausgang oder einem beliebigen dazwischen liegenden Punkt des Kastens erhalten wird.
Dabei kann jedes der zuvor beschriebenen Mittel einzeln oder in Kombination verwendet werden.
Es ist selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen und/oder veranschaulichten Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass sie alle Abwandlungen umfasst. Somit umfasst die Erfindung jede Vorrichtung, die es erlaubt, eine fortschreitende Abkühlung des Bandes an jedem Punkt der Veränderung der Neigung seiner Abkühlungskurve zu erhalten.

Claims

Verfahren zur Verringerung der Bildung von Welligkeiten in Metallbändern, die in kontinuierlichen Wärmebehandlungsanlagen, in denen diese Bänder durch Kühlzonen transportiert werden, die mit Mitteln zum Einblasen eines Kühlgases versehene Kästen umfassen, einem Ablkühlvorgang unterzogen werden, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, bei einer Veränderung des Gefälles des Kühlzyklus die Intensität des Abkühlungsvorgangs fortschreitend zu modifizieren.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die fortschreitende Modifizierung der Intensität des Abkühlungsvorgangs erhalten wird, indem die Kühlkapazität an der Verbindungsstelle zweier aufeinander folgender Kühlkästen geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die fortschreitende Modifizierung der Intensität des Abkühlungsvorgangs erhalten wird, indem die Kühlkapazität zwischen der Eingangsrolle der Kühlzone und deren ersten Kühlkasten geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die fortschreitende Modifizierung der Intensität des Abkühlungsvorgangs erhalten wird, indem die Kühlkapazität zwischen dem letzten Kühlkasten und der Ausgangsrolle der Kühlzone geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Intensität des Abkühlungsvorgangs zwischen zwei oder mehreren Blaszonen ein und desselben Kastens fortschreitend modifiziert wird, indem der Betriebsdruck des Kühlgases verändert wird.
Vorrichtung für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, die eine Kühlzone (2) umfasst, durch welche sich ein Band (1) vorwärtsbewegt, wobei es über eine Eingangsrolle (3) und eine Ausgangsrolle (10) läuft und Kühlgasstrahlen ausgesetzt wird, die von einer Vielzahl von Kastenpaaren (4, 5; 6, 7) aufgeblasen werden, wobei sich auf jeder Seite des Bandes je ein Kasten befindet, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel enthält, die bei einer Veränderung des Abkühlungsgefälles des Kühlzyklus eine fortschreitende Abkühlung des Bandes (1) bewirken und an der Verbindungsstelle zweier aufeinander folgender Kühlkastenpaare zwischen Eingangsrolle (3) und erstem Kühlkasten-paar (4, 5) und zwischen letztem Kühlkastenpaar und der Ausgangsrolle (10) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel, die eine variierbare Veränderung des Betriebsdrucks der verschiedenen Blaszonen ein und desselben Kastens bewirken, sich außerhalb der Zone befinden und von der Regelvorrichtung der Anlage gesteuert werden können.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernung, die das Band (1) von den Blasöffnungen (11) der Kästen trennt, variierbar ist, wobei diese Variierung eine fortschreitende sein kann.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstände zwischen den Blasöffnungen (11) der Kästen variiert werden, wobei diese Variierung eine fortschreitende sein kann.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen der Abstände der Blasöffnungen (11) der Kästen variiert werden, wobei diese Variierung eine fortschreitende sein kann.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen der Blasöffnungen der verschiedenen Zonen ein und desselben Kastens eingestellt werden, um die Kühlkapazität zwischen diesen Zonen zu regeln.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sie Ablenkeinrichtungen (12) umfasst, die auf beiden Seiten des Bandes (1) und/oder an den Seitenflächen der Kästen in der Nähe des Punkts angebracht sind, an welchem die Modifizierung des Abkühlungsgefälles erfolgt, um das Kühlgas zwischen die Ablenkeinrichtungen und das Band zu lenken, um eine fortschreitende Erwärmung des Gases sicherzustellen und die Wirksamkeit der Abkühlung über die Länge dieser Ablenkeinrichtungen zu verringern.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie außerdem Mittel umfasst, um zwischen den Rändern und der Mitte des Bandes (1) eine Spannungsdifferenz zu erzeugen, die eine Verformung des Bandes und von dessen Planheit bewirkt, wobei so die Effekte der Druckflächen begrenzt werden, die sich bei einer Veränderung des Abkühlungsgefälles bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel technische Mittel sind.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel mechanische Mittel, insbesondere ein geeignetes Profil von Eingangsrolle (3) und Ausgangsrolle (10), sind.