DE69007240T2

DE69007240T2 - Induktionsofen für die gleichmässige erwärmung von dünnen bändern aus stahl beim heisswalzen.

Info

Publication number: DE69007240T2
Application number: DE69007240T
Authority: DE
Inventors: Giovanni Arvedi; Giovanni Gosio
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-05-17
Filing date: 1990-05-17
Publication date: 1994-06-16
Anticipated expiration: 2010-05-18
Also published as: ES2050438T3; FI100086B; KR920701493A; AU6851490A; IT8920534A0; ZW7890A1; FI910240A0; ATE102778T1; BR9006771A; NO175280B; IT1229749B; NO910178D0; NO175280C; BG60468B1; US5179258A; GR1001239B; EP0429581B1; CA2033072A1; RU2036565C1; DK0429581T3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Induktionsofen zum Erwärmen und gleichmäßigen Temperieren beim Heißwalzen von dünnen Stahlbändern, die durch kontinuierliches Gießen hergestellt und bereits einer Vor-Walzung ausgesetzt sind.
Es ist allgemein bekannt, M.F.-Induktionsöten in der Stahlindustrie zu verwenden. Diese Öfen werden, obwohl nicht im großen Umfang, als eine Alternative zu Gasöfen zum Erwärmen von Brammen mit einer Dicke von mehr als ungefähr 100 mm benutzt, dagegen ist die Benutzung von Bändern mit einer Dicke von weniger als ungefähr 30 mm auf eine thermische Behandlung der Bandkanten beschränkt, um der natürlichen Abkühlung entgegenzuwirken, die in den Randzonen größer als im Zentrumsbereich ist, und die einen derartigen Temperaturabfall vemrsachen könnte, der möglicherweise Risse an den Bandkanten erzeugt. Dennoch wird diese induktive Wärmebehandlung der Bandkanten wird mittels C-förmiger Induktoren durchgeführt, die, nach Art von Gleitschuhen, während des Vorschubes nur die Randbereiche des Bandes erfassen, und sicherlich nicht als Induktionsöfen im eigentlichen Sinne angesehen werden können.
Im Gegensatz dazu weisen die Induktionsöfen für Brammen eine Reihe von induzierenden Spulen mit einer im wesentlichen toroiden Gestalt auf, innerhalb der die Brammen veraniaßt werden, sich der Reihe nach vorwärts zu bewegen, wobei zwischen zwei aufeinanderfolgenden Spulen Antriebs- und/oder Laufwalzen zum Vortrieb der Bramme vorgesehen sind. Diese Spulen haben eine Größe, die in der Bewegungsrichtung ungefähr 900 mm beträgt.
Andererseits gibt es gegenwärtig Anlagen für die kontinuierliche Herstellung von Stahlbändern durch das kontinuierliche Gießverfahren, um als Endprodukt die sogenannten "Rollen-" oder Stahlplatten, geschnitten auf vorbestimmte Längen, zu erhalten, in dem es notwendig ist, daß die Bänder in einem Zwischenschritt des Heißwalzens mit gleichzeitiger Temperaturhomogenisierung in Induktionsöfen erhitzt werden, um die notwendige Temperatur für die abschließenden Schritte des Walzens zu erreichen. Hierzu wird Bezug genommen auf die WO 89/11 363.
Im Hinblick auf die Übernahme der bekannten Induktionsöfen, wie sie bereits für die Brammen benutzt werden, können jedoch nicht die erwarteten Ergebnisse geliefert werden, bedingt durch die Tatsache, daß sich Unzulänglichkeiten einstellen würden, die vemrsacht werden, weil z.B. die Bänder angesichts ihrer geringeren Steifigkeit im Verhältnis zu den Brammen mit einer größeren Dicke, holpern und möglicherweise gegen die Spulen anstoßen. Ferner verlangt der Streifen für die Temperaturvergleichmäßigung, daß in bestimmten Zonen, möglicherweise nicht immer in denselben, aber in solchen, die zu jeder Zeit zu lokalisieren sind, die Erwärmung mit einer größeren Konzentration von Flußlinien stärker sein muß. Eine derartige Maßnahme ist bei den Brammen nicht notwendig, da die Temperatur, bedingt durch ihre größere Dicke, gleichmäßiger ist.
Die DE-A-27 28 296 beschreibt eine induktive Wärmeeinrichtung für ein kontinuierlich vorgetriebenes bandförmiges Material, nämlich Aluminium, das zwischen Paaren von parallelen Induktionsspulen mit dem magnetischen Fluß hindurchläuft, der das Material senkrecht zur Längsvorschubrichtung des Bandes kreuzt.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Induktionsofen für Stahlbänder aus einem kontinuierlichen Gießvorgang mit einer Dicke von weniger als 30 mm zu schaffen, die bereits teilweise heißgewalzt worden sind, um die Bänder gleichmäßig auf die notwendige Temperatur für die nachfolgenden Fertigwalzschritte zu erwärmen, ohne daß die vorgenannten Nachteile auftreten.
Der Induktionsofen gemäß der Erfindung weist eine Anordnung von Spulen auf, von denen jede in einem an der Innenseite einer Induktions-Einheit feuerfesten Material eingebettet ist, und die dadurch gekennzeichnet ist, daß jede Spule einen Raum vorgibt, durch welchen das Band verläuft, das von Walzenpaaren zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Spulen gehaltert ist und Vorschub erfährt, daß jede Spule in der Band-Vorschubrichtung eine Größe von weniger als 500 mm hat, und daß weiterhin Fluß-Konzentrationseinrichtungen vorgesehen sind, die paarweise in jeder Induktions-Einheit mindestens an der Ober- oder an der Unterseite einer durch das Band vorgegebenen Ebene verteilt angeordnet sind.
Entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Flußkonzentratoren beweglich in einer Querrichtung zu dem Band und vorzugsweise auch senkrecht zum Band selbst zum Zwecke einer besseren Leistungsverteilung in Bereichen, in denen eine stärkere Erwärmung notwendig ist, angeordnet.
Beweglich angeordnete Flußkonzentratoren sind durch die vorgenannte DE-A-27 28 296 zwar bereits bekannt geworden, jedoch kreuzt in diesem Fall das Induktionsfeld das zu erwärmende Material in rechten Winkeln in einer Richtung senkrecht zum Längsvorschub und nicht in einer Richtung parallel dazu, wie es bei der Erfindung der Fall ist.
Diese und weitere Aufgabenstellungen, Vorteile und Merkmale des erfindungsgemäßen Induktionsofens ergeben sich für den Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles, ohne daß die Erfindung darauf beschränkt wäre, mit Bezug auf die anhängenden Zeichnungen, in denen:
Fig. 1 einen Ausschnitt einer schematischen Seitenansicht eines Heizelementes des Ofens gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 2 die Ansicht eines Schnittes entlang der Linie II-II der Fig. 1 zeigt.
Mit Bezugnahme auf die Zeichnungen stellt die Fig. 1 schematisch einen Teil des Ofens gemäß der Erfindung entlang der Vorschubrichtung des Bandes 1 dar, wobei nur ein Heizelement des Ofens dargestellt ist, das aus einer Spule 2 mit im wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit abgerundeten Ecken (besser in Fig. 2 zu erkennen) besteht, die innerhalb eines Induktors 3, umgeben von feuerfestem Material, eingebettet ist. Wie besser in Fig. 1 zu sehen ist, durchläuft das Band 1 den Raum, der von jeder Spule 2 begrenzt wird (dessen Höhe wird nicht kleiner als die maximale Banddicke sein, die erwartet werden kann), indem es von Rollen 10 getrieben wird, die zwischen jedem Heizelement oder Spule 2 und dem nachfolgenden angeordnet sind. Die Rollen 10 können sämtlich motorisch angetrieben oder einige von ihnen können lediglich mitlaufende Rollen sein.
Die Induktor-Einheit 3, in die die Spule 2 eingebettet ist, wird an einer Seite mittels geeigneter Leiter 6, üblicherweise als "Sammelleiter" bezeichnet, durch eine Stromquelle mit vorgegebener Leistung und Frequenz, insbesondere mit einem oder mehreren Umsetzern (nicht dargestellt), gespeist. In vorteilhafter Weise wird die Frequenz für eine oder alle Spulen konstant gehalten und möglicherweise wird die Förderleistung entsprechend der Energie, die für das Erwärmen benötigt wird, verändert als eine Funktion sowohl der Bandtemperatur stromauf des Ofens als auch der Banddicke mit einer Feinregelung, die auf die Bandtemperatur am Ausgang der Spule anspricht. An der gegenüberliegenden Seite der Zuführverbindung 6 können Leitungssysteme für den Zu- und Ablauf von Kühlwasser vorgesehen sein, die in Fig. 2 generell mit der Bezugsziffer 7 versehen sind, und die mit der Induktions-Einheit 3 verbunden sind.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung sind weiterhin Fluß-Konzentratoren 4 vorgesehen, die aus Paketen magnetischer Eisenbleche zum Lenken des primären elektromagnetischen Feldfiusses bestehen, um ihn in einer Richtung im wesentlichen parallel zur Bandvorschubrichtung zu konzentrieren. In dem Bereich des Bandes 1, in dem der konzentrierte Fluß seinen Kreis schließt, wird ein Induktionsstrom erzeugt, der eine höhere Intensität hat und damit eine größere Erwärmung bewirkt. Die Flußkonzentratoren sind paarweise ausgebildet worden, einem oberen und einem unteren Paar. Die dem oberen Paar zugehörigen Konzentratoren 4 korrespondieren mit den dem unteren Paar zugehörigen Konzentratoren 4', wobei die Konzentratoren 1 paarweise an jeder Seite des Bandes 1 verbunden sind, soweit sie koaxial mit einer Achse, die durch das Band 1 und die Spule 2 verläuft, sind. Die Flußkonzentratoren 4 und 4' werden normalerweise in der Umgebung der Kanten des Bandes 1, wo gerade eine größere lleizleistung erforderlich ist, angeordnet.
Vorzugsweise sind jedoch, wie in Fig. 2 dargestellt, die den Fluß konzentrierenden Einrichtungen beweglich ausgebildet, und zwar zunächst in der Richtung quer zum Vorschub, um dadurch sowohl Änderungen in der Bandbreite folgen zu können als auch um sie auf bestimmte innere Zonen mit geringerer Temperatur (kalte spots) und möglichst auch in einer Richtung senkrecht zu der vom Band 1 bestimmten Ebene einstellen zu können für eine bessere Höheneinstellung, nicht nur wegen der Banddicke sondern auch auf die zu konzentrierende Leistung.
Wie in der Zeichnung, insbesondere in Fig. 2, dargestellt ist, sind die zwei Paare von Flußkonzentratoren 4, 4' derart angeordnet, mit jedem gegenüberliegenden Element an dem einen der anderen des zugehörigen Paares, an einem Mutterinnengewinde an Spindeln 9, die von außen mittels Handrädern 5, 5' antreibbar sind. Die Spindeln 9, 9' weisen auf der einen Hälfte ihrer Länge ein Gewinde in einer Richtung und auf der anderen Hälfte ein Gewinde mit entgegengesetzter Richtung auf, so daß die Bewegung der beiden Konzentmtoren jedes Paares symmetrisch und selbstzentrierend bei jeder Bewegung der zugeordneten Handräder ist. Zusätzlich sind die Spindeln 9 und 9' in ihrem Zentralbereich vorzugsweise mit einer Heb- und Senkeinrichtung verbunden, die ebenfalls über äußere Handräder 5a, 5a' steuerbar sind. Diese Handräder können beispielsweise mit entsprechenden Spindeln 11, 11' verbunden sein, die senkrecht zu den Spindeln 9, 9' sind, wobei jede von diesen durch eine Bohrung im rechten Winkel zu den Längsachsen der Spindeln 9, 9' verläuft.
Natürlich kann auch eine vollständige automatische Steuerung der Positionierung der Konzentratoren 4, 4' vorgesehen sein, und zwar sowohl in Querrichtung als auch in der Höhe. Anstelle der betätigbaren Handräder können Schrittmotoren verwendet werden, die mit einer Steuer- und Regeleinheit verknüpft sind, die so vorgesehen ist, in Realzeit die Signale für Temperatur, Geschwindigkeit und Dicke des Bandes, die ständig am Ofeneingang erfaßt werden, direkt zu verarbeiten. Auf diese Weise kann zu jedem Augenblick eine optimale Einstellung der Flußkonzentratoren im Interesse einer besseren Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Ofens erzielt werden.

Beispiel

Für experimentelle Zwecke wurde eine Induktionsofenanlage gemäß der Erfindung aufgebaut, die Spulen mit einer geeigneten Größe in Längsrichtung aufweisen, und in der jedem Induktor Paare von Flußkonzentratoren zugeordnet sind. Die Hauptdaten betreffend die installierte Leistung, die Zahl der Induktoren, die verwendete Frequenz und die Höhe der Spulen-Durchgangsöffnung als auch betreffend die Ergebnisse, die in bezug auf die einzelnen Verbrauchsangaben entsprechend dem Bandquerschnitt und Bandzuführgeschwindigkeit, Wirkungsgrad etc. erhalten werden, sind in der nachfolgenden Tabelle aufgelistet, und zwar im Vergleich zu den entsprechenden Daten eines Induktionsofens nach dem Stand der Technik, und zwar von einem Typ, wie er zum Erwärmen von Brammen verwendet wird, bei dem lediglich die Abmessungen der Spule in Vorschubrichtung des Bandes reduziert worden sind, jedoch ohne Anwendung von Flußkonzentratoren. Was die Verbrauchsdaten anbelangt, so ist darauf hinzuweisen, daß sie bei der höchsten Bandgeschwindigkeit bei Temperaturanstiegen (ΔT) von ungefähr 150ºC und bei der niedrigsten Geschwindigkeit für Temperaturanstiege ΔT von ungefähr 300ºC erfaßt worden sind. Tabelle Mit Konzentratoren entspr. der Erfindung ohne Konzentratoren Installierte Leistung (MW) Frequenz (kHZ) Zahl der Induktoren Induktordurchgang (Höhe in mm) Verbrauchszahlen (Kwh/t-ΔT = 150ºC-300ºC) Wirkungsgrad der Induktoren
Aus den bei der erfindungsgemäßen Ofenanlage erhältlichen Daten geht hervor, daß nicht nur die installierte Leistung reduziert werden kann, sondern auch für gleiche Bandgeschwindigkeiten und Querschnitte ein geringerer Energieverbrauch und auch ein besserer Wirkungsgrad der Induktoren erzielt werden können.
Von dem Fachmann können an dem vorstehend beschriebenen, in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Induktionsofens möglicherweise Änderungen oder Ergänzungen vorgenommen werden, ohne daß das Wesen der Erfindung verlassen würde. Andererseits ist die Zahl der Spulen oder Heizelemente, die zusammen in Wirkverbindung den Ofen ausmachen, nicht beschränkt.

Claims

1. Induktionsofen zum Erwärmen von Stahlbändern (1) mit einer Dicke kleiner als 30 mm und zum Liefern einer gleichmäßigen Temperatur mit einem Wert, wie er für nachfolgende Schritte des Heißwalzens benötigt wird, der eine Anordnung von Spulen (2) aufweist, von denen jede in einem an der Innenseite einer Induktions-Einheit (3) befindlichen feuerfesten Material eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spule (2) einen Raum vorgibt, durch welchen das Band (1) verläuft, das von Walzenpaaren (10) zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Spulen (2) gehaltert ist und Vorschub erfährt, daß jede Spule (2) in der Band-Vorschubrichtung eine Größe von weniger als 500 mm hat, und daß weiterhin Fluß-Konzentrationseinrichtungen (4, 4') vorgesehen sind, die paarweise in jeder Induktions-Einheit (3) mindestens an der Ober- oder an der Unterseite einer durch das Band (1) vorgegebenen Ebene verteilt angeordnet sind.

2. Induktionsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Fluß-Konzentratoren (4, 4') im wesentlichen koaxial zu einem entsprechenden Konzentrator eines anderen Paares auf der gegenüberliegenden Seite des Bandes (1) angeordnet ist, und daß jeder Fluß-Konzentrator (4, 4') aus einem Paket von magnetischen Eisenblechen besteht.

3. Induktionsofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluß-Konzentratoren (4, 4') sämtlich stationär in der Umgebung der Seitenkanten des Bandes (1) angeordnet sind.

4. Induktionsofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluß-Konzentratoren (4, 4') in einer Richtung quer zur Vorschubrichtung des Bandes (1) beweglich angeordnet sind.

5. Induktionsofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluß-Kon:zentratoren (4, 4') zusätzlich in einer Richtung senkrecht zur Ebene des Bandes (1) bewegbar sind.

6. Induktionsofen nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß Spindeleinrichtungen (9, 9'; 11, 11') mit äußeren Handrädern (5, 5'; 5a, 5a') zum Verstellen der Fluß-Konzentratoren (4, 4') vorgesehen sind.

7, Induktionsofen nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß Antriebsmittel für die selbsttätige Bewegung der Fluß-Konzentratoren (4, 4') vorgesehen sind, die mit Prozessoren verknüpft sind, in denen Daten der Geschwindigkeit, Temperatur und Dicke des Bandes, wie sie von Fühlern stromauf des Ofens erfaßt werden, sowie Daten der Bandtemperatur am Ofenausgang verarbeitet werden.