DE60130823T2

DE60130823T2 - Verbesserungen beim Vorwärmen von Metallbändern, insbesondere in Verzinkungs- oder Glühanlagen

Info

Publication number: DE60130823T2
Application number: DE60130823T
Authority: DE
Inventors: Didier Delaunay; Alain Morel
Original assignee: Stein Heurtey SA
Current assignee: Fives Stein SA
Priority date: 2000-03-08
Filing date: 2001-01-18
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2021-01-19
Also published as: CN1315584A; KR100785255B1; PT1134298E; FR2806097B1; FR2806097A1; DE1134298T1; EP1134298B1; EP1134298A1; ATE375408T1; US20020162612A1; ES2161660T1; DE60130823D1; JP2001294941A; CN1179056C; KR20010088418A; US6761779B2; ES2161660T3

Description

Die Erfindung betrifft Perfektionierungen für das Vorwärmen von Metallbändern, speziell Stahlbändern, in Vorwärmabschnitten mit direkter Befeuerung, die insbesondere am Anfang von Tauchgalvanisierungslinien oder Glühlinien installiert sind.
Es ist bekannt, dass das Vorwärmen mit direkter Befeuerung vor dem Galvanisieren oder Glühen, wie es gegenwärtig durchgeführt wird, drei Funktionen erfüllt:

– Erwärmen des Bandes,
– Entfernen der Walz- oder Schutzölrückstände, die vorhanden sind, wenn die Produktionslinie nicht mit einem vorgeschalteten Entfettungsabschnitt ausgerüstet ist, und
– Begrenzen oder Entfernen der Oxidation des Stahlbandes, die der Erwärmung mit Brennern eigen ist.

In gemäß dem Stand der Technik realisierten kontinuierlichen Produktionslinien wird das Vorwärmen in mehreren Zonen durchgeführt, deren Temperaturregelung unabhängig ist, im Allgemeinen in vier Zonen bei Produktionslinien mit hoher Kapazität und in zwei Zonen bei Produktionslinien mit geringer Kapazität, wobei jede dieser Zonen mit beispielsweise vier bis sechs Brennern auf jeder Ofenseite versehen ist.
Die in kontinuierlichen Produktionslinien galvanisierten oder geglühten Bänder haben variable Stahlsorten, Breiten oder Dicken und laufen mit veränderlicher Geschwindigkeit durch, was den Wärmebedarf der Zonen des Ofens bestimmt, der innerhalb weiter Grenzen schwanken kann. Um mit diesem variablen Wärmebedarf zurechtzukommen wird, beispielsweise wenn Größe oder Geschwindigkeit des Bandes gering ist, im Allgemeinen nur eine kleine Zahl dieser Vorwärmzonen ver wendet und werden die in Durchlaufrichtung des Bandes ersten Zonen angehalten oder auf einem Mindestwärmeregime gehalten, das gleich etwa 15 bis 20% ihrer Nennleistung ist.
Eine ähnliche Praxis wird in FR-A-2 406 667 angewendet.
In diesem Fall wird, insbesondere für die Vorwärmung der dünnsten Erzeugnisse, wenig Leistung zugeführt.
Die "Kaskadenregelung" der Umgebungstemperatur eines Ofens ist in JP-A-56 072 134 offenbart.
Um das technische Problem, das erfindungsgemäß gelöst wird, besser zu verstehen, wird sich auf die 1 der im Anhang befindlichen Zeichnungen bezogen, in welcher schematisch in Seitenansicht ein Ausführungsbeispiel einer zwei Vorwärmzonen umfassenden Vorwärmvorrichtung gezeigt ist. Dieser 1 ist 1A zugeordnet, welche die in den zwei Vorwärmzonen benötigte Wärmeleistung und die Kurve der Veränderung der Temperatur des Bandes in diesen Zonen zeigt.
In 1 ist zu sehen, dass die Vorrichtung zum Vorwärmen des Bandes 1 zwei Vorwärmzonen 2 und 3 umfasst. Dabei ist jede dieser Zonen mit Brennern 4 ausgerüstet, denen von einer Sammelleitung 5 Verbrennungsluft und von einer Sammelleitung 7 Brennstoff zugeführt wird. Die jeder Zone zugeführte Leistung wird von Durchflussregelungsventilen für Verbrennungsmittel und Brennstoff 6 bzw. 8 geregelt. In diesem Beispiel entspricht die Wärmeleistung, die von dem schraffierten Bereich des Diagramms in 1A repräsentiert wird, 60% der Nennleistung der zweiten Zone 3, wobei die erste Zone 1 auf dem Minimum ihrer Leistung, beispielsweise 15%, arbeitet. Kurve 9 zeigt den Temperaturanstieg des Bandes in den Vorwärmzonen. Unter diesen Bedingungen stabilisiert sich die Temperatur des Gases und der Wände der zweiten Vorwärmzone 3 auf einem niedrigen Niveau von etwa 1150°C oder darunter.
Es ist bekannt, dass die Oxidation des Bandes umso geringer ist, je höher die Temperatur der Umgebung oder der Wände der Zone des Vorwärmofens mit direkter Befeuerung ist. Hierzu kann man sich insbesondere aus dem Artikel "Direct-fired heating in continuous hot-dip galvanizing lines", veröffentlicht in Nr. 4/1991 von "MPT-Metallurgical Plant and Technology International", dessen 2 in den im Anhang befindlichen Zeichnungen wiedergegeben ist, unterrichten. In dieser Figur ist auf der Ordinate die in Ångström angegebene Dicke der auf der Oberfläche des Bandes gebildeten Oxidschicht in Abhängigkeit von der Temperatur des Gases oder der Wände der Zone des Ofens, aufgetragen auf der Abszisse, bei einer Ausgangstemperatur des Bandes aus der Vorwärmzone von 650°C dargestellt. In dieser Figur ist zu sehen, dass die Oxidbildung bei Temperaturen des Gases oder der Wände von 1150°C maximal ist, und dass sie bei Temperaturen des Gases oder der Wände von über 1250°C viel geringer ist.
Weiterhin ist zu sehen, dass die Funktionsweise des Ofens in Betriebsfällen wie den zuvor beschriebenen das Band Bedingungen aussetzt, unter welchen dessen Oxidation maximal ist.
Die unter diesen Bedingungen auf der Bandoberfläche gebildete Oxidation muss beseitigt werden, was nach der Vorwärmzone die Anordnung einer Zone zum Halten unter einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre erfordert, die recht lang ist, um die gebildeten Oxide durch Reduktion zu entfernen. Diese Reduktion muss bei hoher Temperatur stattfinden, was im Allgemeinen das erneute Erwärmen des Bandes auf Höhen erfordert, die oftmals ausschließlich mit dem Ziel erreicht werden, diese Reduktion zu erhalten, während sie für die metallurgische Behandlung der Stahlsorte des Bandes nicht erforderlich sind.
Diese fehlende Flexibilität der Regelung der Wärmezufuhr bei der Vorwärmung gemäß dem gegenwärtigen Stand der Technik sowie die Unmöglichkeit, das Band unter Bedingungen anzuordnen, unter welchen seine Oxidation begrenzt werden kann, führen im Allgemeinen zu Bandtemperaturen, welche die Folge der Unangepasstheit der Produktionslinie an den betrachteten Betriebsfall sind. Die Konstruk tion der Öfen folgt ebenfalls aus diesen Unzulänglichkeiten und führt zur Realisierung von Produktionslinien mit großer Länge, deren Kühlausrüstungen beträchtlich sind. Es ist offensichtlich, dass von dieser zusätzlichen Ofenlänge der Preis der Anlage, deren Platzbedarf sowie die Wartungs- und Betriebskosten erhöht werden.
Deshalb liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde, dieses technische Problem zu lösen, indem ein neues Verfahren und ein perfektionierter Ofen bereitgestellt werden, welche die Erwärmung von Bändern in Vorwärmabschnitten mit direkter Befeuerung und einer begrenzten Oxidation bei allen Arten und Weisen der Produktion (Geschwindigkeit der Produktionslinie, Eigenschaften der Behandlung und Eigenschaften der Erzeugnisse, insbesondere Sorte und Größe) erlauben.
Weiterhin wird von der Erfindung, abgesehen von der Verbesserung der Qualität des Fertigproduktes, zu welcher sie beiträgt, das Problem des Platzbedarfs der Anlagen gelöst, das im weiter oben geschilderten Stand der Technik auftritt, wobei vorausgesetzt wird, dass es ihre Realisierung erlaubt, die Abmessungen und demzufolge die Kosten der Glüh- oder Galvanisierungslinie, auf welche sie angewendet wird, zu begrenzen.
Deshalb betrifft die Erfindung gemäß Patentanspruch 1 in erster Linie ein Verfahren zum Erwärmen von insbesondere aus Stahl bestehenden Metallbändern in Vorwärmabschnitten mit direkter Befeuerung, um unabhängig von der Art und Weise der Produktion die Oxidation der erwärmten Metallbänder zu begrenzen, das darin besteht, eine Vorwärmzone einzusetzen, die je nach ihrer Länge in eine Vielzahl von Zonen mit einer Länge pro Einheit unterteilt sein kann, die einem Brenner entspricht, wobei jeder Brenner einzeln mit einem festgelegten Regime gesteuert werden kann, um damit die Regelung von Luft/Gas und somit die im Ofen herrschende Atmosphäre genau einzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass eine bestimmte Anzahl von Brennern befeuert wird, die auf dem Abschnitt nach der Vorwärmzone, der Länge der Zone des Ofens, die von der Befeuerung der Brenner betroffen ist, und der Länge der Rückgewinnungszone, d. h. der Zone, in welcher die Brenner ge löscht sind, variabel in Abhängigkeit vom Wärmebedarf basiert werden, und dass jeder Brenner mit voller Leistung und einer konstanten Luft/Gas-Regelung arbeitet.
Die Durchführung des wie zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens erbringt bei allen Geschwindigkeiten der Produktionslinien insbesondere nachstehende Ergebnisse, die mit den Ausrüstungen des Standes der Technik unmöglich zu erhalten sind, wobei

– das Band in einer Vorwärmzone erwärmt wird, deren Länge variabel ist, aber deren Temperatur- und Atmosphärenbedingungen hinsichtlich der Oxidation optimal sind, und dies bei allen Betriebsregimen der Produktionslinie, bei allen Eigenschaften der Bänder oder Behandlungszyklen, und die Länge der so definierten Vorwärmzone an den von der Behandlungslinie (insbesondere Glüh- oder Galvanisierungslinie) erzeugten Ausstoß unabhängig von der Größe der behandelten Erzeugnisse oder der Geschwindigkeit dieser Produktionslinie angepasst ist und
– die Brenner alle mit einem derartigen Regime und einer derartigen Regelung betrieben werden, dass sie eine optimale Geometrie und optimale Kennwerte der Flamme für die chemische Behandlung bieten, die auf der Oberfläche des Bandes durchgeführt werden soll.

Es ist ersichtlich, dass die Originalität des erfindungsgemäßen Verfahrens in der gleichzeitigen Einhaltung einer bestimmten Anzahl von Kennwerten (Regelung der Brenner im Alles-Oder-Nichts- oder im Proportionalmodus, Vorwärmzone mit variabler Länge und angepasstes Luft/Gas-Zufuhrverhältnis der Brenner) in einer derartigen Gestaltung besteht, dass die Feinheit der Funktionsweise der so realisierten Produktionslinie die Verbesserung der Qualität des Endproduktes in einem sehr großen Produktionsspektrum erlaubt.
Erfindungsgemäß betragen Umgebungs- und Wandtemperatur der Vorwärmzone 1250 bis 1300°C.
Entsprechend einer erfindungsgemäßen Ausführungsform, die auf die Wärmebehandlung von Bändern angewendet wird, wird die Ausgangstemperatur der Vorwärmzone an diese Behandlung angepasst, was es erlaubt, die Länge der nach der Vorwärmzone installierten Kühlzonen zu begrenzen oder sogar einzusparen.
Entsprechend einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform, die auf die Wärmebehandlung von Stahlbändern angewendet wird, wird die minimale Ausgangstemperatur der Vorwärmzone an diese Behandlung angepasst, um die Länge der nach der Vorwärmzone vorgesehenen Erwärmungszonen zu begrenzen oder gegebenenfalls einzusparen.
Ein Ofen für die Durchführung des wie zuvor beschriebenen Verfahrens umfasst eine Vorwärmzone, die in eine Vielzahl von Zonen mit einer Länge pro Einheit unterteilt ist, die jeweils einem Brenner entspricht, wobei jeder Brenner einzeln mit einem festgelegten Regime gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Brenner einzeln mittels Ventilen in der Leitung für das Verbrennungsgas und Ventilen in der Brennstoffleitung derart gesteuert wird, dass, basierend auf dem Abschnitt nach der Vorwärmzone, eine Anzahl von Brennern befeuert wird, die dem Wärmebedarf entspricht, und dass die Brenner mit voller Leistung und einer gleichmäßigen Luft/Gas-Regelung arbeiten.
Weitere erfindungsgemäße Merkmale und Vorteile werden anhand der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die im Anhang befindlichen 3 und 3A der Zeichnungen näher erläutert, die eine erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. die Kurve zeigen, die die Veränderung der Temperatur des Bandes bei einer Ausgangstemperatur der Vorwärmung, die gleich derjenigen von 1A ist, darstellt.
In 3 sind die Elemente, die den weiter oben unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Elementen ähnlich sind, mit denselben Bezugszahlen bezeichnet.
In 3 ist zu sehen, dass erfindungsgemäß die Unterteilung der Vorwärmzone in herkömmliche Regelzonen, in welchen mehrere Brenner des Standes der Technik zusammengefasst sind, durch eine Unterteilung dieser Vorwärmzone in eine Vielzahl von Zonen mit einer Einheitslänge, die einem Brenner entspricht, ersetzt worden ist. Die Brenner werden von einem getrennten Regelungssystem geregelt, das vom herkömmlichen proportionalen oder vom Alles-Oder-Nichts-Typ sein kann.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Vorwärmzone in zwei Vorwärmzonen unterteilt, denen von den Sammelleitungen 5 und 7 Verbrennungsmittel und Brennstoff zugeführt werden, wobei jeder der Brenner 4 der zwei Vorwärmzonen einzeln mittels Ventilen 10 in der Verbrennungsmittelleitung und Ventilen 11 in der Brennstoffleitung geregelt werden kann. Diese Ventile können im Proportionalmodus, um eine Regelung der zugeführten Leistung durch Veränderung des Durchsatzes an Verbrennungsmittel oder Brennstoff zu erhalten, oder im Alles-Oder-Nichts-Modus geregelt werden, wobei die Regelung der der Zone zugeführten Leistung dann durch das Verhältnis von Betriebszeit des Brenners zu der Zeit seines Anhaltens oder durch die Auswahl der Anzahl der mit voller Leistung betriebenen Brenner eingestellt wird.
So ist es erfindungsgemäß möglich, eine Anzahl von Brennern arbeiten zu lassen, die dem Wärmebedarf des Ofens im vollen Regime entspricht, damit die Zone, in welcher diese Brenner eingebaut sind, auf das erforderliche Temperaturniveau, beispielsweise 1300°C, gebracht wird. Dieser Wärmebedarf wird von einem System zur Regelung des Ofens gemessen und kontrolliert, das die Befeuerung der entsprechenden Anzahl von Brennern steuert, wobei diese Brenner im vollen Regime arbeiten. In dem betrachteten Beispiel arbeiten die vier nach der Vorwärmzone eingebauten Brenner ständig bei 100% ihrer Nennkapazität, wobei mit dem fünften Brenner dieser Zone die zugeführte Leistung entweder durch eine Regelung seines Durchflusses im Proportionalmodus oder durch die Anpassung seiner Betriebszeit eingestellt wird.
Die Veränderungen des Wärmebedarfs des Ofens, die mit den Modifizierungen von Geschwindigkeit oder Größe des zu behandelnden Erzeugnisses verbunden sind, äußern sich in einer Vergrößerung oder Verkleinerung der Anzahl der befeuerten Brenner und somit durch eine Veränderung der Länge der Zone, in welcher die Temperaturbedingungen vereinigt sind, um das Band in einer Temperaturzone zu halten, in welcher seine Oxidation verringert ist. Die Zone, in welcher die Brenner angehalten worden sind, verhält sich dann wie eine Rückgewinnungszone, die diejenige verlängert, die vor der Vorwärmzone existiert.
In 3A ist die Kurve der Veränderung der Temperatur des Bandes bei einer Ausgangstemperatur der Vorwärmung, die gleich derjenigen von 1A ist, eingezeichnet.
Der Endtemperaturbereich des Bandes, dessen Oxidation verringert worden ist, wird genutzt, um die Ofenlänge zu optimieren. So wird beispielsweise bei heißgewalzten Stählen eine Ausgangstemperatur des Bandes aus der Vorwärmzone von 500°C gewählt, die für seine Behandlung ausreicht, wodurch die Temperatur von 650°C, die herkömmlicherweise von Vorwärmmitteln des Standes der Technik verlangt wird, ersetzt wird. Dabei ist es offensichtlich, dass, da das Band weniger heiß ist, die Kühlausrüstungen, die sich nach der Produktionslinie befinden, kleiner werden, wobei damit der Platzbedarf der Ausrüstung und somit deren Kosten verringert werden.
Weiterhin wird es durch das erfindungsgemäße Verfahren möglich, ein Band aus Weichstahl, beispielsweise mit handelsüblicher Qualität, auf Temperaturen von mindestens etwa 730°C zu erwärmen, ohne dessen Oxidation zu verstärken, was es erlaubt, die Länge der ergänzenden Erwärmungszone mit einer reduzierenden Atmosphäre, die herkömmlicherweise nach den Vorwärmzonen der Behandlungslinien gemäß dem Stand der Technik verwendet wird, zu verkürzen, wenn nicht sogar wegzulassen. Von dieser Verkürzung der Länge der ergänzenden Erwärmungszone mit einer Atmosphäre wird auch ein direkter Einfluss auf den Platzbedarf und den Preis der Ausrüstung genommen.
Bei allen Typen von zu behandelnden Erzeugnissen erlaubt es die Begrenzung der Oxidation, die durch die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erhalten worden ist, die Verweilzeit des Bandes in einer reduzierenden Atmosphäre zu begrenzen und somit auch hier wieder die Länge der Produktionslinie oder den Wasserstoffanteil in der Zone, in welcher die Reduktion der Oxide stattfindet, zu verringern.
In allen Fällen erlaubt die Verringerung der Oxidation des Bandes, die durch die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens bewirkt worden ist, die Verbesserung der Qualität des Endproduktes, seines Oberflächenzustandes und der Qualität der aufgebrachten Beschichtung, beispielsweise in Galvanisierungslinien.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt die Durchführung von Behandlungszyklen bei niedriger Temperatur aufgrund der Möglichkeit, die Oxidation des Bandes bei der Vorwärmung zu begrenzen, wobei:

– es nicht mehr erforderlich ist, das Band zu überhitzen, um die gebildete Oxide zu reduzieren, was die Möglichkeit bietet, Zyklen bei niedriger Temperatur durchzuführen, ein Vorteil, der sich in einer Senkung des Energieverbrauchs und in kürzeren Öfen ausdrückt,
– wenn der Behandlungszyklus bei niedriger Temperatur durchgeführt wird, ist es möglich, die Ausrüstungen für die Kühlung des Bandes am Ausgang von Produktionslinien zu verkleinern und sogar wegzulassen, und
– nachdem die Oxidation begrenzt worden ist, der Zeitraum für die Reduktion der Oxide im nachfolgenden Ofen kürzer ist; weiterhin ist es, wenn die Oxidation in der Vorwärmzone verringert ist, möglich, in dieser Zone auf eine höhere Temperatur zu erhitzen und somit die Länge der Zone der Erwärmung unter einer Atmosphäre zu verkürzen.

Das Studium der bisherigen Beschreibung lässt erkennen, dass es die Erfindung ermöglicht, vielseitigere Wärmebehandlungsvorrichtungen, die leistungsfähiger und weniger teuer als die Vorrichtungen des Standes der Technik sind, zu realisieren.

Claims

Verfahren zur Behandlung von Stahlbändern in Vorwärmabschnitten mit direkter Befeuerung, um unabhängig von der Art und Weise der Produktion die Oxidation der Bänder zu begrenzen, das darin besteht, eine Vorwärmzone einzusetzen, die je nach ihrer Länge in eine Vielzahl von Zonen mit einer Länge pro Einheit unterteilt sein kann, die einem Brenner entspricht, wobei jeder Brenner einzeln mit einem festgelegten Regime gesteuert werden kann, um damit die Regelung von Luft/Gas und somit die im Ofen herrschende Atmosphäre genau einzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass eine bestimmte Anzahl von Brennern befeuert wird, die auf dem Abschnitt nach der Vorwärmzone, der Länge der Zone des Ofens, die von der Befeuerung der Brenner betroffen ist, und der Länge der Rückgewinnungszone, d. h. der Zone, in welcher die Brenner gelöscht sind, variabel in Abhängigkeit vom Wärmebedarf basiert werden, und dass jeder Brenner mit voller Leistung und einer gleichmäßigen Luft/Gas-Regelung arbeitet, damit die Atmosphären- und die Wandtemperatur der Vorwärmzone 1250 bis 1300°C beträgt.
Behandlungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Bandes am Ausgang des Vorwärmabschnitts 500°C beträgt.
Behandlungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es auf Wärmebehandlungen bei niedriger Temperatur angewendet wird.