DE69310897T2 - METHOD FOR CONTINUOUSLY CARBONING A STEEL TAPE - Google Patents

METHOD FOR CONTINUOUSLY CARBONING A STEEL TAPE

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum kontinuierlichen Gasaufkohlen eines Metallbandes. Beispielsweise beim kontinuierlichen Gasaufkohlen eines Bandes aus einem Stahl mit extrem niedrigem Kohlenstoffgehalt im Wege eines Banddurchlaufs von einem Glüh- zu einem Aufkohlungsofen (zum Aufkohlen mit einer bestimmten Kohlenstoffmenge) erreicht das Band, das mit einer bestimmten Durchlaufgeschwindigkeit aufgrund anderer Verfahrensbedingungen als beim Aufkohlen die Gleichgewichtskonzentration Band/Gasatmosphäre in einem von der Oberflächenreaktion bestimmten Bereich vor einer bestimmten Kohlenstoffkonzentration in einer Randzone des Bandes. Um eine bestimmte Kohlenstoffkonzentrations-Verteilung im Stahl zu erreichen, werden erfindungsgemäß die Zusammensetzung der Gasatmosphäre, die Gaskonzentration, die Oberflächentemperatur, die Metallbandtemperatur, die Durchlaufgeschwindigkeit etc. als atmosphärische Faktoren eingestellt, die eine Rußbildung verhindern.The invention relates to a method for the continuous gas carburization of a metal strip. For example, during the continuous gas carburization of a strip made of a steel with an extremely low carbon content by passing the strip through from an annealing furnace to a carburizing furnace (for carburizing with a certain amount of carbon), the strip, which is passed through at a certain speed due to different process conditions than during carburizing, reaches the equilibrium concentration of the strip/gas atmosphere in an area determined by the surface reaction in front of a certain carbon concentration in an edge zone of the strip. In order to achieve a certain carbon concentration distribution in the steel, the composition of the gas atmosphere, the gas concentration, the surface temperature, the metal strip temperature, the passage speed, etc. are set as atmospheric factors that prevent soot formation.

Die metallverarbeitende Industrie verlangt eine bessere Umformbarkeit und Festigkeit bei zu verarbeitendem Blech. Insbesondere erfordert die Automobilindustrie unter dem Gesichtspunkt des Karosseriegewichts im Hinblick auf einen niedrigen Kraftstoffverbrauch aus Gründen der Umweltverschmutzung neuerdings Stahlbleche mit höherer Festigkeit und gleich guter Tiefziehbarkeit wie bisher.The metalworking industry demands better formability and strength in the sheet metal to be processed. In particular, the automotive industry requires, from the point of view of body weight, In order to achieve low fuel consumption and reduce environmental pollution, steel sheets with higher strength and the same good deep-drawability as before have recently been used.

Als Bewertungsfaktoren für solche Bleche dienen beispielsweise ein Dehnungsindex, die Tiefziehbarkeit, ein Alterungsindex, die Festigkeit, die Reckalterung, die Bake-Hardening-Eigenschaften, das Schweißverhalten etc. So ist es bei der Bewertung der Tiefziehbarkeit mit Hilfe des Lankford-Werts (im folgenden als r-Wert: Blechbreitenspannung/Blechdickenspannung) im Falle einer großen Bedeutung des Tiefziehverhaltens bekannt, daß eine Verringerung des Kohlenstoffgehalts im Stahl außerordentlich vorteilhaft ist und darüber hinaus als Folge eines niedrigen Kohlenstoffgehalts der Dehnungsindex (EI) und der Kaltaushärtungsindex (AI: je geringer der Index, desto besser) bzw. die Lagerbeständigkeit verbessert werden. Andererseits beeinträchtigt ein geringerer Kohlenstoffgehalt des Stahls die meisten anderen Bewertungskriterien. So verringert sich beispielsweise, wenn die Konstruktionsfestigkeit infolge geringerer Ausscheidungen herabgesetzt wird, die Zugfestigkeit (ZF) und wird, weil die Korngrenzenfestigkeit abnimmt, die Reckalterung beeinflußt, und, weil die Menge des in fester Lösung befindlichen Kohlenstoffs geringer ist, wird die Bake-Hardening Eigenschaft beeinträchtigt. Darüber hinaus wird bei einem Kohlenstoffgehalt von 50 ppm oder weniger die Grobkombildung infolge des Wärmeeinbringens beim Schweißen gefördert und infolge einer Grobkornbildung in der Wärmeeinflußzone (WEZ) die Punktschweißbarkeit beeinträchtigt.The evaluation factors for such sheets include, for example, an elongation index, deep drawability, an aging index, strength, strain aging, bake-hardening properties, welding behavior, etc. When evaluating deep drawability using the Lankford value (hereinafter referred to as r-value: sheet width stress/sheet thickness stress) in the case of a great importance of deep drawing behavior, it is known that a reduction in the carbon content in the steel is extremely advantageous and, in addition, as a result of a low carbon content, the elongation index (EI) and the cold hardening index (AI: the lower the index, the better) or the storage stability are improved. On the other hand, a lower carbon content of the steel impairs most of the other evaluation criteria. For example, if the structural strength is reduced due to reduced precipitates, the tensile strength (TS) is reduced, and strain ageing is affected because the grain boundary strength is reduced, and bake hardening is impaired because the amount of carbon in solid solution is reduced. In addition, if the carbon content is 50 ppm or less, coarse grain formation is promoted due to heat input during welding and spot weldability is impaired due to coarse grain formation in the heat affected zone (HAZ).

Die Patentinhaberin hat ein Verfahren zum kontinuierlichen Glühen und Aufkohlen entwickelt, das in der japanischen Offenlegungsschrift Hei 4-88126 beschrieben und in Fig. 2 dargestellt ist und die Zugfestigkeit, die Reckalterung bzw. Verarbeitungsversprödung, den BH-Wert (Bake-Hardening-Wert) und die Punktschweißbarkeit dadurch verbessert, daß durch ein kontinuierliches Aufkohlen im Anschluß an ein kontinuierliches Glühen des Bandes aus einem Stahl mit extrem niedrigem Kohlenstoffgehalt, wie in Fig. 1 dargestellt, sich in einer Oberflächenzone der Kohlenstoff in fester Lösung befindet und der Dehnungsindex, die Tiefziehbarkeit und die Lagerbeständigkeit im Wege einer Rekristallisation und eines Glühens eingestellt werden.The patentee has developed a process for continuous annealing and carburizing, which is described in Japanese Laid-Open Patent Application Hei 4-88126 and shown in Fig. 2 and improves the tensile strength, strain aging or processing embrittlement, BH (bake hardening value) and spot weldability by continuously carburizing following continuous annealing of the strip made of an extremely low carbon steel, as shown in Fig. 1, so that the carbon is in solid solution in a surface zone and the elongation index, deep drawability and storage stability are adjusted by means of recrystallization and annealing.

Bei diesem kontinuierlichen Glühen und Aufkohlen findet nach einem voraufgehenden Rekristallisieren und Glühen eines Metallbandes A in einer Vorwärmzone 1 und einer Glühzone 2 oder einer einheitlichen Glühzone 3 ein Aufkohlen in einer Aufkohlungszone 4 in der Weise statt, daß die Bandtemperatur, die Gasatmosphäre und die Durchlaufgeschwindigkeit (Ofenzeit) sowie die Abkühlungsbedingungen so eingestellt werden, daß sich kontinuierlich ein Metallband mit den gewünschten Werten für die Aufkohlungstiefe und die Konzentrationsverteilung unter gleichzeitiger Gewährleistung der spezifischen Werkstoffeigenschaften erreichen lassen.In this continuous annealing and carburizing, after a preliminary recrystallization and annealing of a metal strip A in a preheating zone 1 and an annealing zone 2 or a uniform annealing zone 3, carburization takes place in a carburizing zone 4 in such a way that the strip temperature, the gas atmosphere and the throughput speed (furnace time) as well as the cooling conditions are set so that a metal strip with the desired values for the carburization depth and the concentration distribution can be achieved continuously while simultaneously guaranteeing the specific material properties.

Andererseits beschreibt die japanische Patentschrift 54- 31976 ein Verfahren zum Einstellen der Aufkohlungstiefe und Konzentrationsverteilung in der Randzone eines Metallbandes. Bei diesem Verfahren zum Einstellen der Aufkohlungstiefe und der Konzentrationsverteilung wird ein Aufkohlungsgas mit vorgegebener Strömungsgeschwindigkeit bzw. Menge eingespeist, um Kohlenstoff in die Oberflächenzone des Metallbands einzubringen und während einer Diffusionsphase im Anschluß an die Aufkohlung den eingebrachten Kohlenstoff unter hinreichend verringertem Druck des abgesaugten Aufkohlungsgases in der Randzone des Metallbandes einer Diffusion zu unterwerfen. Die aus der Aufkohlungstiefe und der Kohlenstoffkonzentration resultierende Kohlenstoffkonzentrationsverteilung wird mit Hilfe der Aufkohlungs- und der Diffusionszeit eingestellt. Bei diesem Verfahren zum Einstellen der Aufkohlungstiefe und der Kohlenstoffkonzentration ist es möglich, eine ungleichmäßige Aufkohlung zu verhindern, wie sie beim Gasstrahl-Aufkohlen insbesondere im Falle schmaler Aufkohlungszonen auftritt.On the other hand, Japanese Patent Publication No. 54-31976 describes a method for adjusting the carburization depth and concentration distribution in the edge zone of a metal strip. In this method for adjusting the carburization depth and the concentration distribution, a carburizing gas is fed in at a predetermined flow rate or quantity in order to introduce carbon into the surface zone of the metal strip and, during a diffusion phase following carburization, to subject the introduced carbon to diffusion in the edge zone of the metal strip under sufficiently reduced pressure of the extracted carburizing gas. The carbon concentration distribution resulting from the carburization depth and the carbon concentration is adjusted using the carburization and diffusion times. With this method of adjusting the carburization depth and the carbon concentration, it is possible to prevent uneven carburization, as occurs with gas jet carburization, particularly in the case of narrow carburization zones.

Unter verschiedenen Bedingungen wurde bei einem solchen Durchlaufaufkohlung und -glühen festgestellt, daß sich die folgenden Probleme ergeben:Under various conditions, it has been found that such continuous carburizing and annealing causes the following problems:

(1) Hinsichtlich der Aufkohlungsgeschwindigkeit ist es aus einem Bericht von Yo u.a. (Yo kuun, HARUYAMA shiro et al.: Japan Metallic Society Journal 49 (1985) 7,529) bekannt, daß, wie in Fig. 3 dargestellt, bei hohem Kohlenstoffgehalt in der Randzone und langer Aufkohlungszeit nach dem Erreichen der Kohlenstoff-Gleichgewichtskonzentration zwischen dem Band und der Gasatmosphäre die Aufkohlungsgeschwindigkeit normalerweise der Quadratwurzel der Zeit proportional ist. Dieser Aufkohlungsbereich wird als diffusionsgesteuerter Bereich bezeichnet, weil hier die Aufkohlungsgeschwindigkeit proportional der Diffusionsgeschwindigkeit des Kohlenstoffs im Metallgefüge ist. Ist andererseits die Menge des Kohlenstoffs in der Randzone sehr gering und die Aufkohlungszeit sehr kurz, dann ist, weil die Kohlenstoffkonzentration in der Randzone die Gleichgewichtskonzentration nicht erreicht, die Aufkohlungsgeschwindigkeit proportional der Reaktionsgeschwindigkeit des Kohlenstoffs unmittelbar an der Metalloberfläche. Dieser Zeit-Aufkohlungs-Bereich wird als oberflächenreaktionsbestimmter Bereich bezeichnet.(1) Regarding the carburization rate, it is known from a report by Yo et al. (Yo kuun, HARUYAMA shiro et al.: Japan Metallic Society Journal 49 (1985) 7,529) that, as shown in Fig. 3, when the carbon content in the edge zone is high and the carburization time is long after the carbon equilibrium concentration between the strip and the gas atmosphere is reached, the carburization rate is normally proportional to the square root of time. This carburization range is called diffusion-controlled region because here the carburization rate is proportional to the diffusion rate of the carbon in the metal structure. On the other hand, if the amount of carbon in the edge zone is very small and the carburization time is very short, then because the carbon concentration in the edge zone does not reach the equilibrium concentration, the carburization rate is proportional to the reaction rate of the carbon directly at the metal surface. This time-carburization region is called the surface reaction-determined region.

Wenn sich demgemäß beispielsweise die Aufkohlungsbedingungen für ein Metallband aus der Spezifikation (japanische Offenlegungsschrift Hei 3-199 344 etc.) des Metallbands bzw. dessen Eigenschaftsprofil ergeben, das hinsichtlich seiner Umform- bzw. Verarbeitungsversprödung verbessert werden soll, dann ist es, weil die Kohlenstoffkonzentration und die Aufkohlungstiefe sehr gering sind, in diesem Falle erforderlich, in dem oberflächenreaktionsbestimmten Bereich aufzukohlen. Dabei wurde festgestellt, daß sich die Aufkohlungsmenge im Metallband nicht mit Hilfe eines Einstellens des Kohlenstoffpotentials über das Verhältnis CO/CO&sub2; etc. einstellen läßt, weil dem die Vorstellung zugrundeliegt, daß sich die Bandoberfläche stets im Gleichgewichtszustand mit dem Aufkohlungsvermögen der Gasatmosphäre befindet.Accordingly, if, for example, the carburizing conditions for a metal strip result from the specification (Japanese Laid-Open Publication Hei 3-199 344 etc.) of the metal strip or its property profile, which is to be improved with regard to its forming or processing embrittlement, then, because the carbon concentration and the carburizing depth are very low, it is necessary in this case to carburize in the area determined by the surface reaction. It was found that the amount of carburization in the metal strip cannot be adjusted by adjusting the carbon potential via the ratio CO/CO₂ etc., because this is based on the idea that the strip surface is always in a state of equilibrium with the carburizing capacity of the gas atmosphere.

(2) Darüber hinaus läßt sich im allgemeinen die Zusammensetzung der Gasatmosphäre bei den Aufkohlungsbedingungen mit Hilfe des chemischen Gleichgewichts einstellen. Bei herkömmlichen Verfahren werden alle erdenklichen Reaktionen in der Gasphase berücksichtigt und ergibt sich eine Gaszusammensetzung durch Lösen nicht linearer simultaner Gleichungen aus diesen Gleichgewichtsbedingungen für einzelne Reaktionen. Es ist jedoch sehr schwierig, eine genaue Grenze für das Entstehen von Ruß aus den Reaktionsgleichungen in der Gasphase zu gewinnen.(2) In addition, the composition of the gas atmosphere under the carburizing conditions can generally be adjusted using chemical equilibrium. In conventional methods, all conceivable reactions in the gas phase are taken into account and a gas composition is obtained by solving non-linear simultaneous equations from these equilibrium conditions for individual reactions. However, it is very difficult to obtain an exact limit for the formation of soot from the reaction equations in the gas phase.

(3) Des weiteren wird bezüglich der oben erwähnten Geschwindigkeit der Oberflächenreaktion in dem Bericht von Yo u.a. a.a.O. ausschließlich die Aufkohlungsgeschwindigkeit des Kohlenmonoxids diskutiert, und es ist unmöglich, dies auf eine betriebliche Situation beim kontinuierlichen Aufkohlen anzuwenden, die eine komplizierte Zusammensetzung verlangt.(3) Furthermore, regarding the surface reaction rate mentioned above, the report by Yo et al., supra, only discusses the carburization rate of carbon monoxide, and it is impossible to apply this to an operational situation in continuous carburizing which requires a complicated composition.

In dieser Hinsicht ist es beim kontinuierlichen Glühen und Aufkohlen in einer Anlage gemäß Fig. 2 erforderlich, eine Temperatursteuerung des Metallbands (im folgenden auch als Steuerung der Blechtemperatur bezeichnet) in der betreffenden Wärmebehandlungszone beispielsweise durch Einstellen der Ofentemperatur durchzuführen, da es erforderlich ist, in der Aufwärmzone 2 und/oder der einheitlichen Glühzone 3 eine bestimmte Wärmebehandlung des Metallbands, in der Aufkohlungszone 4 eine bestimmte Aufkohlung und in jeder Kühlzone 5 und 6 eine bestimmte Abkühlung durchzuführen. In jedem Ofen, der eine Wärmebehandlungszone darstellt, wird die Blechtemperatur primär durch den Wärmeübergang gesteuert, jedoch sind gleichzeitig obere und untere Grenzen der Ofeninnentemperatur (im folgenden auch als Ofentemperatur bezeichnet) infolge der berechneten Ofenleistung gegeben. So ergeben sich beispielsweise im Aufwärmofen in der Aufwärmzone und in einem einheitlichen Glühofen in der einheitlichen Glühzone obere Grenzwerte der Ofentemperatur aus der Ofenleistung. Darüber hinaus wird die Ofenzeit (d.h. auch die Aufwärmzeit oder einheitliche Glühzeit) des Bandes, die den oberen und unteren Grenzwerten Rechnung trägt, aus der Wärmebilanz abgeleitet, die den Wärmeübergangskoeffizient zwischen einem Strahlungsrohr, der Ofenwandung, den Herdrollen etc. Rechnung trägt. Als Ergebnis fällt eine Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes an, die der Verweildauer im Ofen Rechnung trägt. Ebenso dient bei jedem Kühlofen in jeder Kühlzone ein Wärmeübergangskoeffizient des Kühlgasstrahls als Wärmeübergangskoeffizient im obigen Sinne.In this respect, in the continuous annealing and carburizing process in a plant according to Fig. 2, it is necessary to carry out a temperature control of the metal strip (hereinafter also referred to as sheet temperature control) in the heat treatment zone concerned, for example by adjusting the furnace temperature, since it is necessary to carry out a certain heat treatment of the metal strip in the heating zone 2 and/or the uniform annealing zone 3, a certain Carburization and a certain cooling in each cooling zone 5 and 6. In each furnace which represents a heat treatment zone, the sheet temperature is primarily controlled by heat transfer, but at the same time upper and lower limits of the internal furnace temperature (hereinafter also referred to as furnace temperature) are given as a result of the calculated furnace power. For example, in the reheating furnace in the reheating zone and in a uniform annealing furnace in the uniform annealing zone, upper limits of the furnace temperature arise from the furnace power. In addition, the furnace time (i.e. also the warm-up time or uniform annealing time) of the strip, which takes the upper and lower limits into account, is derived from the heat balance which takes into account the heat transfer coefficient between a radiant tube, the furnace wall, the hearth rollers, etc. The result is a throughput speed of the strip which takes into account the residence time in the furnace. Likewise, in each annealing furnace in each cooling zone, a heat transfer coefficient of the cooling gas jet serves as the heat transfer coefficient in the above sense.

Andererseits überlagern sich bei einer derartigen kontinuierlichen Glüh- und Aufkohlungsanlage verschiedene Verfahrensbedingungen, wodurch sich die Verfahrensbedingung an einem nicht stationären Punkt, beispielsweise an einer Verbindungsstelle der Bänder zweier Coils oder dergleichen ändert, und es so, um diesen Bedingungen Rechnung zu tragen, nicht selten erforderlich ist, die Bandgeschwindigkeit zu ändern, welche die höchste Ansprechgeschwindigkeit besitzt. Jedoch wurden noch keine konkreten Maßnahmen zum Festlegen der verschiedenen Aufkohlungsbedingungen im Aufkohlungsofen bezüglich der Bandgeschwindigkeit vorgeschlagen, die beim oben erwähnten kontinuierlichen Glühen und Aufkohlen von verschiedenen Verfahrensbedingungen einschließlich der Bandtemperatur bestimmt wird. Es ist daher im höchsten Maße wünschenswert, Mittel zum Einstellen der physikalischen Eigenschaften und der Temperatur im Aufkohlungsofen zu schaffen, um die Aufkohlungsmenge zu erreichen und die für das Stahlblech geforderten Werkstoffeigenschaften, wie oben beschrieben, insbesondere unter Bedingungen zu erreichen, welche die Bandgeschwindigkeit vorgeben.On the other hand, in such a continuous annealing and carburizing plant, various process conditions are superimposed, whereby the process condition changes at a non-stationary point, for example at a joint of the strips of two coils or the like, and in order to take these conditions into account, it is often necessary to change the strip speed, which has the highest response speed. However, no concrete measures have yet been taken to determine the various carburizing conditions. in the carburizing furnace with respect to the strip speed which is determined by various process conditions including the strip temperature in the above-mentioned continuous annealing and carburizing. It is therefore highly desirable to provide means for adjusting the physical properties and the temperature in the carburizing furnace in order to achieve the amount of carburization and to achieve the material properties required for the steel sheet as described above, particularly under conditions which dictate the strip speed.

Um die Grenzen für die Durchlaufgeschwindigkeit zu beseitigen, könnte man zwischen die betreffenden Glühzonen einen Bandspeicher schalten. Dies ist unter praktischen Gesichtspunkten schwierig, da ein Bandspeicher in der Glühstrecke viel Platz beansprucht und die Glühstrecke ohnehin schon einen großen Raumbedarf besitzt. Dies gilt auch für eine kontinuierliche Glüh- und Aufkohlungsstrecke, bei der es sich um eine kontinuierliche Glühstrecke mit einer zusätzlichen kontinuierlichen Aufkohlungsstrecke handelt.In order to eliminate the limits on the throughput speed, a belt storage device could be installed between the relevant annealing zones. This is difficult from a practical point of view, since a belt storage device takes up a lot of space in the annealing section and the annealing section already requires a lot of space. This also applies to a continuous annealing and carburizing section, which is a continuous annealing section with an additional continuous carburizing section.

Des weiteren geht die Tendenz dahin, feinfühligere Bedingungen zu schaffen als die Werkstoffeigenschaften des oben erwähnten aufgekohlten Feinblechs sie verlangen. Um die betreffenden Anforderungen einzuhalten, ist es erforderlich, die Kohlenstoffkonzentrationsverteilung in der Randzone zu beeinflussen und einzustellen, d.h. ein Konzentrationsprofil in Banddickenrichtung der aufgekohlten Randzone zu schaffen. Um bei Karosserie- und Elektroblech nach einem Preßverformen ein Bake-Hardening durchzuführen, muß das Blech Eigenschaften besitzen, die beim Pressen eine hohe Verformbarkeit in Gestalt eines hohen Dehnungsindex EI und der Tiefziehbarkeit in Gestalt des ausreichenden r-Werts gewährleisten, während beim Bake-Hardening die Festigkeit in Gestalt des BH- Wertes erhöht wird. Gleichzeitig muß das Stahlblech eine hinreichende Lagerbeständigkeit (AI) besitzen, welche die Verformungseigenschaften bis zum Zeitpunkt des Preßumformens gewährleistet. Demgemäß müssen diese Stahlbleche einen niedrigen Auslagerungs-Index und einen hohen Bake-Hardening-Wert (Stahlblech mit niedrigem AI und hohem EH) besitzen und tiefziehbar sein. Betrachtet man das Konzentrationsprofil der Aufkohlung im Stahl, d.h. den Verteilungszustand, der beim kontinuierlichen Glühen und Aufkohlen eines ELC-Stahls erforderlich ist, so ergibt sich die Notwendigkeit, die Kohlenstoffkonzentration in der Oberflächenzone in starkem Maße zu erhöhen und einen optimalen Kohlenstoff-Gradienten einzustellen, gleichzeitig aber die Kohlenstoffkonzentration außerhalb der Oberflächenzone in Richtung der Blechdicke auf dem Niveau des ELC-Stahls zu halten. Das in der oben erwähnten japanischen Patentschrift 54-31967 beschriebene Verfahren zum Steuern der Aufkohlungstiefe und der Verteilung der Kohlenstoffkonzentration zieht ein solches Konzentrationsprofil nicht in Betracht, und es ist daher nicht möglich, dieses Verfahren als solches zum Einstellen des Konzentrationsprofils anzuwenden.Furthermore, the tendency is to create more sensitive conditions than the material properties of the above-mentioned carburized sheet require. In order to meet the relevant requirements, it is necessary to influence and adjust the carbon concentration distribution in the edge zone, ie to create a concentration profile in the strip thickness direction of the carburized edge zone. In order to achieve bake hardening in body and electrical sheet after press forming, To carry out this process, the sheet must have properties that ensure high deformability during pressing in the form of a high elongation index EI and deep drawability in the form of a sufficient r value, while bake hardening increases the strength in the form of the BH value. At the same time, the steel sheet must have sufficient storage stability (AI) to ensure the deformation properties until the time of press forming. Accordingly, these steel sheets must have a low ageing index and a high bake hardening value (steel sheet with low AI and high EH) and be deep drawable. If one considers the concentration profile of the carburization in the steel, ie the distribution state required for the continuous annealing and carburizing of an ELC steel, it becomes necessary to greatly increase the carbon concentration in the surface zone and to set an optimal carbon gradient, but at the same time to keep the carbon concentration outside the surface zone in the direction of the sheet thickness at the level of the ELC steel. The method for controlling the carburization depth and the distribution of carbon concentration described in the above-mentioned Japanese Patent Publication No. 54-31967 does not take such a concentration profile into consideration, and therefore it is not possible to apply this method as such to adjust the concentration profile.

Die deutsche Offenlegungsschrift 21 52 440 bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufkohlen von Stahl ohne Rußbildung während des Glühens bei einer Temperatur unterhalb der Endtemperatur. Diese Entgegenhaltung beschreibt jedoch nicht ein kontinuierliches Verfahren zum Behandeln von Stahl und ist daher ungeeignet für Stahlband.German patent application 21 52 440 relates to a process for carburizing steel without soot formation during annealing at a temperature below the final temperature. This document describes However, it is not a continuous process for treating steel and is therefore unsuitable for steel strip.

Die deutsche Offenlegungsschrift 21 52 439 bezieht sich ebenfalls auf ein Verfahren zum Aufkohlen von Stahl, bei dem der Kohlenstoffgehalt zur Unterdrückung einer Rußbildung mit Hilfe eines Temperatur- und eines Kohlenstoffpotential-Signals automatisch geregelt wird. Auch diese Entgegenhaltung bezieht sich auf ein nicht kontinuierliches Verfahren und beschreibt keine Maßnahmen zum kontinuierlichen Behandeln von Stahlband.The German laid-open specification 21 52 439 also refers to a process for carburizing steel, in which the carbon content is automatically regulated to suppress soot formation using a temperature and a carbon potential signal. This citation also refers to a non-continuous process and does not describe any measures for the continuous treatment of steel strip.

Die Erfindung wurde im Angesicht der vorerwähnten verschiedenen Probleme gemacht und hat sich ein Verfahren zum Ziel gesetzt, das es erlaubt, bei Stahlband eine gewünschte Aufkohlung und Verteilung der Kohlenstoffkonzentration ohne Rußbildung selbst dann zu erreichen, wenn die Banddurchlaufgeschwindigkeit durch Verfahrensbedingungen außerhalb der Aufkohlung begrenzt ist. Die Auf kohlung findet auch bei einer solchen Banddurchlaufgeschwindigkeit in dem vorerwähnten, durch die Oberflächenreaktion bestimmten Bereich statt.The invention was made in view of the various problems mentioned above and has as its aim a process that allows a desired carburization and distribution of the carbon concentration to be achieved in steel strip without soot formation even when the strip travel speed is limited by process conditions outside of the carburization. The carburization takes place even at such a strip travel speed in the above-mentioned range determined by the surface reaction.

Die Erfinder haben die vorerwähnten Probleme intensiv studiert und die vorliegende Erfindung aufgrund der folgenden Erkenntnisse gemacht. Speziell beim Problem der Rußbildung, die in Gestalt von freiem Kohlenstoff selbst dann auftritt, wenn in einem Produktionssystem im Aufkohlungsofen jede Komponente quantitativ geändert wird, bleibt die betreffende Gesamtmenge konstant, wenn man das Niveau auf der Basis jedes Elements betrachtet. Und im Falle eines isothermen, isotaktischen Systems verringert sich bei einer natürlichen Änderung die Gibbssche freie Energie und erreicht diese ein Minimum, wenn in dem System ein Gleichgewichtszustand zwischen der Gasatmosphäre und dem Metallband existiert. Demzufolge ist es möglich, die Reaktion in Richtung des Entstehens von freiem Kohlenstoff (Ruß) zu begrenzen oder zu unterdrücken, da sich der Gleichgewichtszustand in der Ofenatmosphäre erreichen läßt, wenn eine Zusammensetzung der Gasatmosphäre gewählt wird, bei der die Gibbssche freie Energie dem Minimalwert entspricht. Es wurde jedoch festgestellt, daß es nicht möglich ist, den tatsächlichen Gleichgewichtszustand des betrieblichen kontinuierlichen Aufkohlens rechnerisch zu ermitteln, d.h. die wahre Rußgrenze, ohne die begrenzenden Bedingungen des Stoffeintrags und -austrags zu berücksichtigen, bei dem Elemente vom Metallband im Wege einer Reaktion in der Randzone des Metallbandes aus der Gasatmosphäre ausgetragen werden, während die in das System eingetragenen Elementverbindungen konstant sind. Dementsprechend sind im Hinblick auf das aktuelle Stoffeinbringen und -ausbringen nicht nur die Zusammensetzung der Gasatmosphäre, sondern auch die Zuström- und die Abströmgeschwindigkeit des Gases der Ofenatmosphäre, die Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes, die Ofentemperatur, die Banddicke und die Bandbreite etc. in Betracht zu ziehen.The inventors have intensively studied the above-mentioned problems and made the present invention based on the following findings. Specifically, in the problem of soot formation which occurs in the form of free carbon even when each component is quantitatively changed in a production system in the carburizing furnace, the total amount concerned remains constant when the level is considered on the basis of each element. And in the case of an isothermal, isotactic system, During a natural change, the Gibbs free energy increases and reaches a minimum when a state of equilibrium exists in the system between the gas atmosphere and the metal strip. Consequently, it is possible to limit or suppress the reaction towards the formation of free carbon (soot), since the equilibrium state can be reached in the furnace atmosphere if a composition of the gas atmosphere is selected in which the Gibbs free energy corresponds to the minimum value. However, it was found that it is not possible to calculate the actual equilibrium state of operational continuous carburizing, that is, the true soot limit, without taking into account the limiting conditions of material input and output, in which elements are carried out of the gas atmosphere by the metal strip by means of a reaction in the peripheral zone of the metal strip, while the element compounds introduced into the system are constant. Accordingly, with regard to the actual material introduction and discharge, not only the composition of the gas atmosphere, but also the inflow and outflow velocity of the gas in the furnace atmosphere, the throughput speed of the strip, the furnace temperature, the strip thickness and the strip width, etc. must be taken into account.

Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in einem Verfahren zum kontinuierlichen Aufkohlen von einem Aufkohlungsofen mit einer bestimmten Atmosphäre durchlaufendem Band, die im wesentlichen ein Element aus der Gruppe: Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff und Stickstoff enthält, bei dem eine Rußbildung dadurch verhin dert wird, daß die Rußgrenze entsprechend der CO/00&sub2; Konzentration durch Einstellen der Mengen der in den Aufkohlungsofen einströmenden Gase der betreffenden Aufkohlungsatmosphäre und die Bandtemperatur eingestellt werden. Dabei werdenA first aspect of the present invention consists in a method for continuous carburization of a carburizing furnace with a belt passing through a specific atmosphere which essentially contains an element from the group: carbon, oxygen, hydrogen and nitrogen, in which soot formation is thereby prevented is achieved by adjusting the soot limit according to the CO/002 concentration by adjusting the amount of gases flowing into the carburizing furnace of the relevant carburizing atmosphere and the strip temperature.

(a) die gesamte Aufkohlungsmenge aufgrund der Formel für die Geschwindigkeit (V) der Aufkohlungsreaktion an der Oberfläche,(a) the total amount of carburization based on the formula for the rate (V) of the carburization reaction at the surface,

V = k&sub1; f&sub1;(pCO, pH&sub2;, θo) x α f&sub3;(pCO, pCO&sub2;), oderV = k&sub1; f 1 (pCO, pH 2 , θo) x ? f3 (pCO, pCO2), or

V = k&sub1; f&sub1;(pCO, pH&sub2;, θo) -k&sub2; f&sub2;(pCO&sub2;, pH&sub2;O)V = k&sub1; f1 (pCO, pH2, θo) -k2 f2 (pCO2 , pH2 O)

wobei α eine Konstante, k&sub1;, k&sub2; Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten, pCO der Partialdruck des Kohlenmonoxids, pCO&sub2; der Partialdruck des Kohlendioxids, pH&sub2; der Partialdruck des Wasserstoffs und θo die Überzugsgeschwindigkeit des absorbierten Sauerstoffs ist, sowie auf der Basis der folgenden Modellformel für die Kohlenstoff-Diffusion im Stahl:where α is a constant, k₁, k₂ are reaction rate constants, pCO is the partial pressure of carbon monoxide, pCO₂ is the partial pressure of carbon dioxide, pH₂ is the partial pressure of hydrogen and θo is the coating rate of absorbed oxygen, and based on the following model formula for carbon diffusion in steel:

dc/dt = D d²c/dX²,dc/dt = D d²c/dX²,

berechnet, wobei C die Kohlenstoffkonzentration im Stahl, t die Zeit, D der Diffusionskoeffizient und X die Diffusionsstrecke sind;calculated, where C is the carbon concentration in the steel, t is the time, D is the diffusion coefficient and X is the diffusion distance;

(b) geeignete Bereiche für die Aufkohlungstemperatur, die jeweilige Konzentration des CO, H&sub2;, CO&sub2; und H&sub2;O in der Aufkohlungsatmosphäre sowie die Aufkohlungszeit gewählt, so daß die Aufkohlungsmenge der Zielmenge entspricht;(b) appropriate ranges for the carburization temperature, the respective concentrations of CO, H₂, CO₂ and H₂O in the carburization atmosphere and the carburization time are selected so that the carburization amount corresponds to the target amount;

(c) während des Aufkohlens des Bandes die Aufkohlungstemperatur, die jeweilige Konzentration des Co, H&sub2;, CO&sub2; und H&sub2;O in der Aufkohlungsatmosphäre sowie die Aufkohlungszeit innerhalb der Grenzen gemäß (b) eingestellt.(c) during carburizing of the strip, the carburizing temperature, the respective concentrations of Co, H₂, CO₂ and H₂O in the carburizing atmosphere and the carburizing time are set within the limits according to (b).

Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Aufkohlen von Stahlband in einem Durchlaufofen, bei dem Variable mit Hilfe eines Computers auf der Basis von Ausgangs-Bedingungen aus den Werkstoffeigenschaften des Bandes im aufgekohlten Zustand berechnet und die Variablen eingestellt werden, um eine Ziel-Kohlenstoffmenge zu erreichen, bei der eine Rußbildung mit Hilfe eines von der CO/CO&sub2;-Konzentration und der Stahltemperatur abhängigen Ruß-Grenzwerts sowie durch Einstellen der Strömungsgeschwindigkeit bzw. Menge jeder Gaskomponente unterdrückt wird, wobeiA second aspect of the present invention relates to a method for continuously carburizing steel strip in a continuous furnace, in which variables are calculated by means of a computer on the basis of initial conditions from the material properties of the strip in the carburized state and the variables are adjusted to achieve a target carbon amount at which soot formation is suppressed by means of a soot limit value dependent on the CO/CO2 concentration and the steel temperature and by adjusting the flow rate or amount of each gas component, wherein

(a) eine Ziel-Aufkohlungsmenge (ΔC&sub0;), die Gaszusammensetzung, die Strömungsgeschwindigkeit bzw. Menge des Gases, die Aufkohlungstemperatur, die Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes (LS) und die Größe des Stahlbandes als Input-Bedingungen dienen;(a) a target carburizing amount (ΔC�0), the gas composition, the flow rate or amount of the gas, the carburizing temperature, the strip passing speed (LS) and the size of the steel strip serve as input conditions;

(b) die Konzentration jeder Gaskomponente berechnet wird, bei der eine Rußunterdrückung gewährleistet ist, und die gesamte Gibbssche freie Energie (F(x)), die sich bei der Anwendung der Konzentration jeder Komponente des Gases als Variable ergibt, unter der Bedingung ein Minimum annimmt, daß die Kohlenstoffmenge in dem in den Ofen eingeleiteten Gas und die Menge des beim Aufkohlen des Bandes entstehenden Kohlenstoffs konstant sind;(b) the concentration of each gas component at which soot suppression is ensured is calculated and the total Gibbs free energy (F(x)) resulting from using the concentration of each component of the gas as a variable is taken to be a minimum under the condition that the amount of carbon in the gas introduced into the furnace and the amount of carbon formed during carburisation of the strip are constant;

(c) die Oberflächen-Reaktionsgeschwindigkeit mit Hilfe der Formel:(c) the surface reaction rate using the formula:

V = k&sub1; f&sub1;(pCO, pH&sub2;, θo) x α f&sub3;(pCO, pCO&sub2;), oderV = k&sub1; f 1 (pCO, pH 2 , θo) x ? f3 (pCO, pCO2), or

V = k&sub1; f&sub1;(pCO, pH&sub2;, θo) -k&sub2; f&sub2;(pCO&sub2;, pH&sub2;O),V = k&sub1; f1 (pCO, pH2, θo) -k2 f2 (pCO2 , pH2 O),

berechnet wird, wobei α eine Konstante sowie k&sub1;,k&sub2; Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten sind, die sich mit Hilfe der Gleichung:where α is a constant and k₁,k₂ are reaction rate constants, which are calculated using the equation:

ki = Ai exp(-Ei/RT)ki = Ai exp(-Ei/RT)

bestimmten lassen, in der Ai der Frequenzfaktor, Ei die Aktivierungsenergie, R die Gaskonstante und T die absolute Temperatur ist, undwhere Ai is the frequency factor, Ei is the activation energy, R is the gas constant and T is the absolute temperature, and

die Formeln als Parameter den Kohlenmonoxid- Partialdruck und den Wasserstoff-Partialdruck sowie zusätzlich den CO&sub2;-Partialdruck und den H&sub2;O-Partialdruck unter der Voraussetzung einschließen, daß die Aufkohlungsmenge innerhalb des von der Oberflächenreaktion regierten Bereichs eingestellt wird, in dem die Kohlenstoff-Konzentration des Bandes in seiner Randzone unterhalb der Konzentration liegt, bei der sie ihr Gleichgewicht mit dem Gas erreicht, sowie darüber hinaus eine Störung der Aufkohlungsreaktion durch beim Aufkohlen entstehendes CO&sub2; und H&sub2; berücksichtigt wird,the formulas as parameters the carbon monoxide partial pressure and the hydrogen partial pressure and additionally include the CO₂ partial pressure and the H₂O partial pressure, provided that the carburization amount is set within the range governed by the surface reaction in which the carbon concentration of the strip in its edge zone is below the concentration at which it reaches equilibrium with the gas, and furthermore, disturbance of the carburization reaction by CO₂ and H₂ formed during carburization is taken into account,

(d) die Aufkohlungsmenge (ΔC') des Bandes durch Integration über die Aufkohlungszeit und die Gesamtfläche des Bandes sowie der - jeweils gemäß (c) berechneten - die Oberflächen-Reaktionsgeschwindigkeit (V) je Zeiteinheit und die Flächeneinheit berechnet wird;(d) the carburization amount (ΔC') of the strip is calculated by integration over the carburization time and the total area of the strip as well as the surface reaction rate (V) per unit time and unit area, each calculated according to (c);

(e) die Aufkohlungsmenge (ΔC') gemäß (d) mit der Ziel-Aufkohlungsmenge (ΔCo) verglichen und die Zusammensetzung des Gases, die Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes und die Aufkohlungstemperatur, jeweils berechnet oder vorgegeben, einzeln oder nebeneinander geändert werden, um die Verfahrensschritte gemäß (b) bis (d) zu wiederholen, wenn die Differenz zwischen der rechnerischen Aufkohlungsmenge (ΔC') und der Ziel-Aufkohlungsmenge (ΔCo) nicht geringer ist als ein vorgegebener Wert;(e) the carburization amount (ΔC') according to (d) is compared with the target carburization amount (ΔCo) and the composition of the gas, the strip travel speed and the carburization temperature, each calculated or predetermined, are changed individually or in parallel to repeat the process steps according to (b) to (d) if the difference between the calculated carburization amount (ΔC') and the target carburization amount (ΔCo) is not less than a predetermine value;

(f) die Konzentration jeder Gaskomponente, die Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes und die Aufkohlungstemperatur, jeweils berechnet oder gewählt, benutzt werden, wenn die Differenz zwischen der berechneten Aufkohlungsmenge (ΔC') und der Ziel-Aufkohlungsmenge (ΔCo) geringer ist als der vorgegebene Wert; sowie(f) the concentration of each gas component, the strip travel speed and the carburization temperature, each calculated or selected, are used when the difference between the calculated carburization amount (ΔC') and the target carburization amount (ΔCo) is less than the specified value; and

(g) aufgrund der Ergebnisse gemäß (f) die Ofentemperatur auf einen Wert von 700 bis 950ºC, die Kohlenmonoxid-Konzentration auf einen Wert von über 0% bis höchstens 22%, die Wasserstoffkonzentration auf einen Wert von 0 bis 30% als Bedingungen für die Gaszusammensetzung und die Ofentemperatur eingestellt werden, bei denen es zu keiner Rußbildung im Ofen kommt.(g) based on the results of (f), the furnace temperature is set to a value of 700 to 950ºC, the carbon monoxide concentration to a value of over 0% but not more than 22%, the hydrogen concentration to a value of 0 to 30% as the gas composition and furnace temperature conditions under which no soot formation occurs in the furnace.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Aufkohlen von Stahlband in einem Durchlaufofen, bei dem variable Steuergrößen mit Hilfe eines Computers auf der Basis von durch die Werkstoffeigenschaften des Bandes im aufgekohlten Zustand vorgegebenen Eingaben berechnet und die Variablen im Hinblick auf eine Ziel-Aufkohlungsmenge und eine bestimmte Verteilung der Kohlenstoffkonzentration über die Banddicke eingestellt und eine Rußbildung mit Hilfe eines Ruß-Grenzwerts entsprechend der CO/CO&sub2;-Konzentration und der Stahltemperatur sowie durch Einstellen der Strömungsgeschwindigkeit bzw. Menge jeder in den Ofen eingeleiteten Gaskomponente unterdrückt wird, indemA third aspect of the invention relates to a method for continuously carburizing steel strip in a continuous furnace, in which variable control variables are calculated by means of a computer on the basis of inputs determined by the material properties of the strip in the carburized state, and the variables are set with regard to a target carburization amount and a certain distribution of the carbon concentration over the strip thickness, and soot formation is suppressed by means of a soot limit corresponding to the CO/CO2 concentration and the steel temperature and by adjusting the flow rate or amount of each gas component introduced into the furnace by

(a) eine Ziel-Aufkohlungsmenge (ΔCo), die Kohlenstoff-Konzentration (C&sub1;) bei einem bestimmten Abstand (X&sub1;) von der Oberfläche des Bandes, die Zusammensetzung und die Strömungsgeschwindigkeit bzw. Menge des Gases, die Aufkohlungstemperatur, die Bandgeschwindigkeit (LS) und die Größe des Bandes eingegeben werden;(a) a target carburization amount (ΔCo), the carbon concentration (C₁) at a certain distance (X₁) from the surface of the strip, the composition and the flow rate or amount of the gas, the carburization temperature, the strip speed (LS) and the size of the strip are input;

(b) die Konzentration jeder Gaskomponente, bei der eine Rußbildung unterdrückt wird, und die gesamte Gibbssche freie Energie (F(x)), wie sie sich bei der Benutzung der Konzentration jeder Komponente des Gases als Variable ergibt, unter der Bedingung ein Minimum annimmt, daß die Menge des Kohlenstoffs in dem Gas und die Menge des beim Aufkohlen des Bandes aufgenommenen Kohlenstoffs konstant sind;(b) the concentration of each gas component at which soot formation is suppressed and the total Gibbs free energy (F(x)) obtained by using the concentration of each component of the gas as a variable is minimum under the condition that the amount of carbon in the gas and the amount of carbon taken up during carburization of the strip are constant;

(c) die Diffusionsgeschwindigkeit des Kohlenstoffs in fester Lösung im Stahlband (d.h. die Aufkohlungsgeschwindigkeit) entsprechend der Modellformel für die Kohlenstoff-Diffusion im Stahl:(c) the diffusion rate of carbon in solid solution in the steel strip (i.e. the carburization rate) according to the model formula for carbon diffusion in steel:

dC/dt = D d²c/dX²dC/dt = D d²c/dX²

berechnet wird, wobei C die Kohlenstoff-Konzentration im Stahl, t die Zeit, D der Diffusionskoeffizient und X die Diffusionsstrecke ist und sich eine Kohlenstoff-Diffusionsmenge für die Diffusion in das Band ergibt;is calculated, where C is the carbon concentration in the steel, t is the time, D is the diffusion coefficient and X is the diffusion distance and a carbon diffusion quantity for the diffusion into the strip is obtained;

(d) eine Aufkohlungsmenge (ΔC') im Stahlband durch Integration über die Aufkohlungszeit, die Gesamtfläche des Stahlbandes und - jeweils gemäß (c) berechnet - die diffundierte Kohlenstoffmenge im Stahlband je Zeit- sowie die Flächeneinheit berechnet wird;(d) a carburization quantity (ΔC') in the steel strip is calculated by integration over the carburization time, the total area of the steel strip and - each calculated according to (c) - the diffused carbon quantity in the steel strip per unit time and the area;

(e) die Aufkohlungsmenge (ΔC') gemäß (d) mit der Ziel-Aufkohlungsmenge (ΔCo) verglichen und die Zusammensetzung des Gases, die Bandgeschwindigkeit und die Aufkohlungstemperatur, jeweils berechnet oder gewählt, einzeln oder nebeneinander geändert werden, um die Verfahrensschritte gemäß (b) bis (d) zu wiederholen, wenn die Differenz zwischen der rechnerischen Aufkohlungsmenge (ΔC') und der Ziel-Aufkohlungsmenge (ΔCo) nicht geringer ist als ein vorgegebener Wert;(e) the carburization amount (ΔC') according to (d) is compared with the target carburization amount (ΔCo) and the composition of the gas, the belt speed and the carburization temperature, each calculated or selected, are changed individually or side by side to repeat the process steps according to (b) to (d) if the difference between the calculated carburization amount (ΔC') and the target carburization amount (ΔCo) is not less than a predetermined value;

f) die Kohlenstoff-Konzentration (C'&sub1;) bei einer bestimmten Aufkohlungstiefe (X&sub1;), bezogen auf die Bandoberfläche, nach der Modellformel der Kohlenstoff-Diffusion im Stahl:f) the carbon concentration (C'₁) at a specific carburization depth (X₁), based on the strip surface, according to the model formula of carbon diffusion in steel:

dC/dt = D d²C/dx²dC/dt = D d²C/dx²

berechnet wird, wenn die Differenz zwischen der rechnerischen Aufkohlungsmenge (ΔC') und der Ziel-Aufkohlungsmenge (ΔC&sub0;) geringer als ein vorgegebener Wert ist;is calculated when the difference between the calculated carburization amount (ΔC') and the target carburization amount (ΔC�0) is less than a predetermined value;

(g) die Kohlenstoff-Konzentration (C'&sub1;) bei einer gemäß (f) berechneten bestimmten Aufkohlungstiefe (X&sub1;) mit der Ziel-Kohlenstoff-Konzentration (C&sub1;) bei der gemäß (a) eingegebenen Tiefe (X&sub1;) verglichen wird und die Zusamensetzung des Gases, die Band-Durchlaufgeschwindigkeit, die Aufkohlungstemperatur, jeweils berechnet oder gewählt, einzeln oder nebeneinander geändert und die Verfahrensschritte (b) bis (f) wiederholt werden, wenn die Differenz zwischen der rechnerischen Kohlenstoff-Konzentration (C'&sub1;) und der Ziel-Kohlenstoff-Konzentration (C&sub1;) nicht geringer ist als ein vorgegebener Wert, und die Zusammensetzung des Gases, die Bandgeschwindigkeit, die Aufkohlungstemperatur und die Verteilung der Aufkohlungskonzentration von der Oberfläche benutzt werden, wenn die Differenz geringer als der vorgegebene Wert ist; und(g) the carbon concentration (C'₁) at a determined carburizing depth (X₁) calculated in accordance with (f) is compared with the target carbon concentration (C₁) at the depth (X₁) entered in accordance with (a) and the composition of the gas, the belt speed, the carburizing temperature, each calculated or selected, are changed individually or in parallel and the process steps (b) to (f) are repeated if the difference between the calculated carbon concentration (C'₁) and the target carbon concentration (C₁) is not less than a predetermined value, and the composition of the gas, the belt speed, the carburizing temperature and the distribution of the carburizing concentration from the surface are used if the difference is less than the predetermined value; and

(h) auf der Basis des Ergebnisses gemäß (g) die Ofentemperatur auf einen Wert von 700 bis 950ºC, die Kohlenmonoxid-Konzentration auf einen Wert von über 0 bis höchstens 22% und die Wasserstoff-Konzentration auf einen Wert von bis 30% als Bedingungen für die Zusammensetzung des Gases und die Ofentemperatur eingestellt werden, bei der es nicht zu einer Rußbildung innerhalb des Ofens kommt, und die Aufkohlungskonzentration mindestens an einem Punkt in einer Tiefe von 10 bis 250 µm in der Randzone auf eine bestimmte Aufkohlungskonzentration entsprechend der Verteilung der Aufkohlungskonzentration in Richtung der Banddicke eingestellt wird.(h) on the basis of the result according to (g), the furnace temperature is set to a value of 700 to 950ºC, the carbon monoxide concentration to a value of over 0 to a maximum of 22% and the hydrogen concentration to a value of up to 30% as conditions for the composition of the gas and the furnace temperature at which soot formation does not occur inside the furnace, and the carburizing concentration is set to a certain carburizing concentration at least at one point at a depth of 10 to 250 µm in the peripheral zone according to the distribution of the carburizing concentration in the direction of the strip thickness.

Auf diese Weise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Durchlaufaufkohlen durch Einstellen der Parameter der Aufkohlungsatmosphäre, zu denen Kohlenstoff, Sauerstoff und Stickstoff oder Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff und Stickstoff gehören, auf Werte, die zu keiner Rußbildung führen, die Zusammensetzung der Gasatmosphäre und/oder die Ofentemperatur auf Basis der Formel eines thermodynamischen Modells berechnet, das auf einen Gleichgewichtszustand der Ofenatmosphäre über einen Zustand gerichtet ist, in dem die Gibbssche freie Energie der ganzen Ofenatmosphäre ein Minimum einnimmt, wobei der aktuelle Stoffeintrag und -austrag für jedes Element beim kontinuierlichen Aufkohlen im Aufkohlungsofen in Betracht gezogen wird. Auf diese Weise ist es im Vergleich zu der Verfahrensweise, bei der die Zusammensetzung der Gasatmosphäre und/oder die Ofentemperatur aufgrund eines Gleichgewichtszustandes berechnet wird, der sich lediglich aus der Zusammensetzung des in den Ofen eingespeisten Gases und der Ofentemperatur ohne Berücksichtigung des Stoffeintrags und -austrags jeden Elements im Ofen ergibt, möglich, das Potential bzw. Aufkohlungsvermögen der Ofenatmosphäre zu verbessern und gleichzeitig das Entstehen von Ruß zu verhindem Mit anderen Worten: Es ist möglich, die Verfahrensbedingungen in Gestalt einer höheren Durchlaufgeschwindigkeit im Wege einer Erhöhung der CO- Konzentration in der Gasatmosphäre zu verbessern.In this way, in the continuous carburizing process according to the invention, by setting the parameters of the carburizing atmosphere, which include carbon, oxygen and nitrogen or carbon, oxygen, hydrogen and nitrogen, to values that do not lead to soot formation, the composition of the gas atmosphere and/or the furnace temperature is calculated on the basis of the formula of a thermodynamic model that is directed to an equilibrium state of the furnace atmosphere via a state in which the Gibbs free energy of the entire furnace atmosphere is at a minimum, taking into account the current material input and output for each element during continuous carburization in the carburizing furnace. In this way, it is possible to improve the carburizing potential of the furnace atmosphere and at the same time prevent the formation of soot, compared with the method in which the composition of the gas atmosphere and/or the furnace temperature are calculated based on an equilibrium state resulting only from the composition of the gas fed into the furnace and the furnace temperature without taking into account the input and output of each element in the furnace. In other words, it is possible to improve the process conditions in the form of a higher throughput rate by increasing the CO concentration in the gas atmosphere.

Des weiteren empfehlen sich, was die oben erwähnten Parameter der Gasatmosphäre anbetrifft, die folgenden Bedingungen für ein industrielles Durchlauf-Aufkohlen, bei dem die Ofentemperatur 700 bis 950ºC, die Kohlenmonoxidkonzentration 0 bis 22% und die Wasserstoffkonzentration 0 bis 30% beträgt. Dabei kann Stickstoff, der in der Atmosphäre als inaktives, die Konzentration der Atmosphäre verdünnenden Gases anzusehen ist, ähnlich wie Argon oder dergleichen als inaktives Gas eingesetzt werden.Furthermore, regarding the above-mentioned parameters of the gas atmosphere, the following conditions are recommended for industrial continuous carburizing, in which the furnace temperature is 700 to 950ºC, the carbon monoxide concentration is 0 to 22%, and the hydrogen concentration is 0 to 30%. In this case, nitrogen, which is considered to be an inactive gas in the atmosphere that dilutes the concentration of the atmosphere, can be used as an inactive gas similar to argon or the like.

Des weiteren hat sich, um die Aufkohlungsmenge im Metallband in dem von der Oberflächenreaktion bestimmten Bereich einzustellen, in dem die Kohlenstoffkonzentration in der Randzone gleich oder geringer ist als die Gleichgewichtskonzentration zwischen dem Metallband und der Gasatmosphäre, herausgestellt, daß lediglich die Aufkohlungsmenge in diesem Bereich, d.h. die Oberflächenreaktionsgeschwindigkeit festgestellt und dann über die Zeit integriert zu werden braucht. Diese Zeit, d.h. die Aufkohlungszeit bestimmt die Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes. Des weiteren wurde während des Studiums der Oberflächenreaktionsgeschwindigkeit festgestellt, daß es möglich ist, die Reaktionsgeschwindigkeit durch Einstellen der Zusammensetzung des Gases zu steuern, die in einer Formel der Aufkohlungsreaktion zwischen dem Metallband und der Gasatmosphäre und ebenso in einer Formel der Desoxidationsreaktion enthalten ist. Darüber hinaus konnte festgestellt werden, daß Kohlenmonoxid und Wasserstoff den größten Einfluß auf die Gaszusammensetzung ausüben und im Falle geringerer Zu- und Abströmgeschwindigkeiten bzw. -mengen des Gases insbesondere bei hohen Temperaturen trotz geringer Menge auch Kohlendioxid und H&sub2;O im Sinne einer Störung der Aufkohlungsreaktion wirksam sind. Des weiteren wurde durch Versuche belegt, daß bei diesen Zusammensetzungen die Partialdrücke die Geschwindigkeit der oben erwähnten Oberflächenreaktion beeinflussen. Weiterhin geht in Anbetracht der Abhängigkeit einer Stoffreaktion von der Temperatur ein als Metallbandtemperatur bezeichneter Faktor in den Geschwindigkeitskoeffizient der Oberflächenreaktion ein.Furthermore, in order to adjust the amount of carburization in the metal strip in the range determined by the surface reaction, in which the carbon concentration in the edge zone is equal to or lower than the equilibrium concentration between the metal strip and the gas atmosphere, it has been found that only the amount of carburization in this range, i.e. the surface reaction rate, needs to be determined and then integrated over time. This time, i.e. the carburization time, determines the speed of passage of the strip. Furthermore, during the study of the surface reaction rate, it was found that it is possible to control the reaction rate by adjusting the composition of the gas, which is contained in a formula for the carburization reaction between the metal strip and the gas atmosphere and also in a formula for the deoxidation reaction. In addition, it was found that carbon monoxide and hydrogen have the greatest influence on the gas composition. and in the case of lower inflow and outflow speeds or quantities of gas, particularly at high temperatures, carbon dioxide and H₂O are also effective in disrupting the carburizing reaction despite the small quantity. Furthermore, experiments have shown that with these compositions the partial pressures influence the speed of the surface reaction mentioned above. Furthermore, in view of the dependence of a material reaction on temperature, a factor known as the metal strip temperature is included in the speed coefficient of the surface reaction.

Dementsprechend wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum kontinuierlichen Aufkohlen von Metallband unter Aufkohlungsbedingungen, bei denen die Aufkohlungsgeschwindigkeit der Oberflächenreaktion folgt, die größer als die Diffusionsgeschwindigkeit in Richtung der Banddicke ist, ein temperaturabhängiger Koeffizient der Reaktionsgeschwindigkeit bei der Oberflächenreaktion während des Aufkohlens rechnerisch beispielsweise aufgrund einer auf die Metalltemperatur im Aufkohlungsofen bezogenen Formel sowie die Geschwindigkeit der Oberflächenreaktion beim Aufkohlen aus diesem Koeffizienten der Temperaturabhängigkeit und aus einer sich auf den Partialdruck des Kohlenmonoxids beziehenden Formel errechnet, oder der Partialdruck des Kohlenmonoxids und der Wasserstoffpartialdruck sowie die Aufkohlungsmenge im Metallband läßt sich aus der Geschwindigkeit der Oberflächenreaktion auf der Basis einer auf die oben erwähnte Aufkohlungszeit bezogenen Formel ableiten. Im Ergebnis ist es möglich, die der Spezifikation des Stahlblechs entsprechende Aufkohlungsmenge unter äußerst wirksamen Aufkohlungsbedingungen durch Einstellen der Aufkohlungsmenge im Metallband, wie sie die Blechspezifikation nach dem Aufkohlen erfordert, sowie durch Parameter in Übereinstimmung mit den aktuellen Aufkohlungsbedingungen zu erreichen, die als Variable in den einzelnen Formeln enthalten sind. Des weiteren ist es für den Fall, daß die Zu- und die Abströmgeschwindigkeit des Gases der Aufkohlungsatmosphäre bei einer hohen Temperatur gering ist, möglich, die Aufkohlungsmenge im Metallband in Anwesenheit von CO&sub2; und H&sub2;O durch eine Zugabe von Kohlendioxyd und die damit verbundene Partialdruckerhöhung sowie den H&sub2;O-Partialdruck als Steuergrößen, d.h. als Parameter in der Formel für die Oberflächenreaktionsgeschwindigkeit einzustellen, um den Einfluß einer Störung der Aufkohlungsreaktion zu berücksichtigen.Accordingly, in the method of the invention for continuously carburizing metal strip under carburizing conditions in which the carburization rate follows the surface reaction which is greater than the diffusion rate in the direction of the strip thickness, a temperature-dependent coefficient of the reaction rate in the surface reaction during carburizing is calculated by calculation, for example, based on a formula related to the metal temperature in the carburizing furnace, and the rate of the surface reaction during carburizing is calculated from this coefficient of temperature dependence and from a formula related to the partial pressure of carbon monoxide, or the partial pressure of carbon monoxide and the partial pressure of hydrogen and the carburization amount in the metal strip can be calculated from the rate of the surface reaction based on a formula related to the above-mentioned carburizing time As a result, it is possible to achieve the carburization amount corresponding to the specification of the steel sheet under highly effective carburizing conditions by setting the carburization amount in the metal strip as required by the sheet specification after carburizing and by parameters in accordance with the actual carburizing conditions which are included as variables in each formula. Furthermore, in the case where the inflow and outflow speed of the gas of the carburizing atmosphere at a high temperature is low, it is possible to set the carburization amount in the metal strip in the presence of CO₂ and H₂O by adding carbon dioxide and the associated partial pressure increase and the H₂O partial pressure as control variables, ie as parameters in the formula for the surface reaction rate, in order to take into account the influence of a disturbance of the carburizing reaction.

Weiterhin lassen sich die Konzentrationen des CO&sub2; und des H&sub2;O in der Gasatmosphäre durch eine Erhöhung der Zuströmgeschwindigkeit der Gasatmosphäre verringern, und es ist möglich, sie durch eine Verringerung der Zuflußgeschwindigkeit des Gases der Ofenatmosphäre zu erhöhen.Furthermore, the concentrations of CO₂ and H₂O in the gas atmosphere can be reduced by increasing the inflow velocity of the gas atmosphere, and it is possible to increase them by reducing the inflow velocity of the gas into the furnace atmosphere.

Wird die Geschwindigkeit der Oberflächenreaktion über die Zeit integriert, geschieht dies mit der tatsächlichen Aufkohlungszeit. Diese Aufkohlungszeit ergibt sich aus einer einfachen Rechnung mit Hilfe der Aufkohlungszeit = Verweilzeit im Ofen = Ofenabmessungen/Durchlaufgeschwindigkeit. So ergibt sich bei einer Verringerung der Durchlaufgeschwindigkeit aufgrund von außerhalb der Aufkohlung angesiedelten Verfahrensbedingungen, daß umgekehrt die Aufkohlungszeit durch diese Durchlaufgeschwindigkeit bestimmt wird. So bestätigt sich, daß sich eine bestimmte Aufkohlungsmenge durch Einstellen der anderen Steuergrößen erreichen läßt. Bei einem betrieblichen Aufkohlen braucht im Hinblick auf den Zusammenhang zwischen der Aufkohlungszeit und der Durchlaufgeschwindigkeit lediglich die Zusammensetzung der Gasatmosphäre und die Temperatur des Metallbandes in Betracht gezogen zu werden. In diesem Falle ist es, wenn sich die verringerte Bandgeschwindigkeit in einem bestimmten Rahmen bewegt, im Hinblick auf eine Sicherung der Einstellgenauigkeit auch möglich, den Parametern der oben erwähnten Formeln die Aufkohlungszeit hinzuzufügen.If the speed of the surface reaction is integrated over time, this is done with the actual carburization time. This carburization time results from a simple calculation using the carburizing time = residence time in the furnace = furnace dimensions/throughput speed. Thus, if the throughput speed is reduced due to process conditions outside the carburizing process, the carburizing time is in turn determined by this throughput speed. This confirms that a certain amount of carburization can be achieved by adjusting the other control variables. In industrial carburizing, with regard to the relationship between the carburizing time and the throughput speed, only the composition of the gas atmosphere and the temperature of the metal strip need to be taken into account. In this case, if the reduced strip speed is within a certain range, it is also possible to add the carburizing time to the parameters of the above-mentioned formulas in order to ensure the accuracy of the adjustment.

Hier läßt sich bei dem erfindungsgemäßen kontinuierlichen Aufkohlen beispielsweise im Hinblick auf die notwendige Steuerung der Aufkohlungsmenge, auch wenn die Bereiche der Steuerung der Bandtemperatur und der Aufkohlung dieselben oder unterschiedlich wie in solchen Fällen sind, in denen die Wärmebehandlung und die Aufkohlung gleichzeitig stattfinden, und die Aufkohlung nach der Wärmebehandlung durch eine bestimmte Verringerung der Temperatur stattfindet, unter Berücksichtigung beispielsweise des Zeitaspekts der Durchlaufgeschwindigkeit dieselbe Steuerung durchführen. Andererseits wurde festgestellt, ob sich die Kohlenstoffkonzentration in einer bestimmten Tiefe der Randzone aus einer Modellformel der Kohlenstoffdiffusion auf Basis des sogenannten Fickschen Gesetzes ableiten läßt, das die Aufkohlungszeit und die Aufkohlungstemperatur als Parameter benutzt. Versuche haben dies bestätigt. Demgemäß ist es beim Durchlaufaufkohlen von Metallband möglich, die für eine bestimmte Kohlenstoffkonzentration in einem bestimmten Abstand von der Bandoberfläche erforderliche Aufkohlungszeit und Bandtemperatur durch die Verwendung der gewünschten Verteilung der Kohlenstoffkonzentration mit dieser Modellformel für die Kohlenstoffdiffusion zu bestimmen. Darüber hinaus erfordert bei dem oben beschriebenen Stahlband mit niedrigem AI und hohem BH-Wert die gewünschte Verteilung der Kohlenstoffkonzentration eine höhere Kohlenstoffkonzentration in der Nähe der Bandoberfläche, d.h. eine schmalere Oberflächenzone und eine niedrigere Kohlenstoffkonzentration in einer Zone größeren Abstandes von der Bandoberfläche, d.h. in größerem Abstand von der Bandoberfläche. Es wurde jedoch festgestellt, daß, wenn die Kohlenstoffkonzentrations-Verteilung im Metallband von der Werkstoffspezifikation des aufgekohlten Feinblechs festgelegt ist, lediglich die Verteilung der Kohlenstoffkonzentration in einem Abstand von 10 bis 250 µm von der Metallbandoberfläche eingestellt zu werden braucht. Andererseits wird die Aufkohlungsmenge auch durch Integration der Verteilung der Kohlenstoffkonzentration in Richtung der Banddicke festgelegt. Darüber hinaus befindet sich im Falle einer Entkohlung beim Abkühlen auf der Verteilungskurve der Kohlenstoffkonzentration ein maximaler Wert der Kohlenstoffkonzentration in einer Tiefe von etwa 10 bis 50 µm und nimmt die Kohlenstoffkonzentration mit zunehmendem Abstand von der Bandoberfläche ab. Hiervon ausgehend wird beim kontinuierlichen Aufkohlen von Metallband nach der Erfindung die Aufkohlungskonzentration, wenn die gesamte Aufkohlungsmenge konstant ist, auf der Basis der Modellformel für die Kohlenstoffdiffusion an einem Punkt in einem Abstandsbereich von 10 bis 50 jim festgelegt, um auf diese Weise einen Kulminationspunkt der Kohlenstoffkonzentrations-Verteilung zu erreichen, um die Modellformel für die Kohlenstoffdiffusion endgültig festzulegen. Selbst dann, wenn die gesamte Aufkohlungsmenge unterschiedlich ist, wird die Kohlenstoffkonzentration an einem anderen Punkt oder mehreren Punkten im Abstandsbereich von 10 bis 250 µm festgelegt, um so die Modellformel für die Kohlenstoffdiffusion definitiv zu bestimmen. Auf diese Weise ist es möglich, die Bandtemperatur, die Zusammensetzung der Gasatmosphäre und eine Aufkohlungszeit festzulegen, bei denen es sich um die Parameter der Modellformel für die Kohlenstoffdiffusion handelt, und zwar durch Berechnung einer Kohlenstoffkonzentrations-Verteilung, bei der eine Kohlenstoffkonzentration an jedem Punkt in Richtung der Banddicke existiert, der der oben erwähnten Modellformel für die Kohlenstoffdiffusion genügt und sich in einem vorgegebenen Toleranzbereich eines Zielwerts befindet. Weiterhin ist es, angenommen, daß die gesamte Aufkohlungsmenge nicht festgelegt ist, auch möglich, die Aufkohlungsmenge durch Integration einer Aufkohlungskonzentrations-Verteilung in Richtung der Banddicke festzulegen, die sich aus der Modellformel für die Kohlenstoffdiffusion ergibt. Des weiteren ist es beim kontinuierlichen Aufkohlen von Metallband nach der Erfindung natürlich möglich, die Geschwindigkeit der Oberflächenreaktion des oben erwähnten Bereichs der von der Oberflächenreaktion bestimmten Aufkohlung anzuwenden.Here, in the continuous carburizing according to the invention, for example, with regard to the necessary control of the carburization amount, even if the ranges of control of the strip temperature and carburization are the same or different as in cases where the heat treatment and carburization are carried out simultaneously and the carburization is carried out after the heat treatment by a certain reduction in temperature, the same control can be carried out taking into account, for example, the time aspect of the throughput speed. On the other hand, it has been found that whether the carbon concentration at a certain depth of the edge zone can be derived from a carbon diffusion model formula based on the so-called Fick's law which uses the carburizing time and the carburizing temperature as parameters. Experiments have confirmed this. Accordingly, in continuous carburizing of metal strip, it is possible to determine the carburizing time and strip temperature required for a certain carbon concentration at a certain distance from the strip surface by using the desired carbon concentration distribution with this carbon diffusion model formula. Moreover, for the low Al, high BH steel strip described above, the desired carbon concentration distribution requires a higher carbon concentration near the strip surface, that is, a narrower surface zone, and a lower carbon concentration in a zone further away from the strip surface, that is, at a greater distance from the strip surface. However, it was found that when the carbon concentration distribution in the metal strip is determined by the material specification of the carburized sheet, only the carbon concentration distribution at a distance of 10 to 250 µm from the metal strip surface needs to be adjusted. On the other hand, the carburization amount is also determined by integrating the carbon concentration distribution in the direction of the strip thickness. In addition, in the case of decarburization during cooling, Carbon concentration distribution curve, a maximum value of carbon concentration is at a depth of about 10 to 50 μm, and the carbon concentration decreases with increasing distance from the strip surface. Based on this, in the continuous carburizing of metal strip according to the invention, when the total carburization amount is constant, the carburization concentration is set at a point in a distance range of 10 to 50 μm based on the model formula for carbon diffusion, thereby achieving a culmination point of the carbon concentration distribution to finally determine the model formula for carbon diffusion. Even when the total carburization amount is different, the carbon concentration is set at a different point or multiple points in the distance range of 10 to 250 μm to finally determine the model formula for carbon diffusion. In this way, it is possible to set the strip temperature, the composition of the gas atmosphere and a carburizing time, which are the parameters of the carbon diffusion model formula, by calculating a carbon concentration distribution in which a carbon concentration exists at each point in the strip thickness direction that satisfies the above-mentioned carbon diffusion model formula and is within a predetermined tolerance range of a target value. Furthermore, assuming that the total carburizing amount is not fixed, it is also possible to set the carburizing amount by integrating a carburization concentration distribution in the direction of the strip thickness, which is obtained from the model formula for carbon diffusion. Furthermore, in the continuous carburization of metal strip according to the invention, it is of course possible to use the surface reaction rate of the above-mentioned area of carburization determined by the surface reaction.

Des weiteren befindet sich bei dem erfindungsgemäßen kontinuierlichen Verfahren zum Aufkohlen von Metallband der in fester Lösung befindliche Kohlenstoff in der Randzone des Metallbands noch in einem Zustand, der eine Diffusion oder Entkohlung erlaubt, und ist es möglich, den in fester Lösung befindlichen Kohlenstoff durch Steuerung der Diffusion oder Entkohlung des in fester Lösung befindlichen Kohlenstoffs durch Einstellen der Bandtemperatur nach dem Aufkohlen beispielsweise mit Hilfe der Abkühlungsgeschwindigkeit des Stahlblechs auf einer gewünschten Konzentration zu halten.Furthermore, in the continuous method for carburizing metal strip according to the invention, the carbon in solid solution in the edge zone of the metal strip is still in a state that allows diffusion or decarburization, and it is possible to keep the carbon in solid solution at a desired concentration by controlling the diffusion or decarburization of the carbon in solid solution by adjusting the strip temperature after carburizing, for example by means of the cooling rate of the steel sheet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen des näheren erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the drawings.

Fig. 1 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der Wärmebehandlung beim kontinuierlichen Glühen und Aufkohlen. Bei Fig. 2 handelt es sich um eine schematische Darstellung einer Anlage zum kontinuierlichen Glühen und Aufkohlen, wie sie sich zum Steuern der Aufkohlung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zum kontinuierlichen Aufkohlen von Metallband eignet. Fig. 3 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung des diffusionsbestimmten Bereichs, nachdem die Kohlenstoffkonzentration in der Randzone des Metallbands die Gleichgewichtskonzentration erreicht hat, und den vor dem Erreichen der Gleichgewichtskonzentration von der Oberflächenreaktion bestimmten Bereich. Fig. 4 gibt ein Fließbild des Algorithmus, der die Logik der Gesamtsteuerung in der Anlage zum kontinuierlichen Glühen und Aufkohlen der Fig. 2 beinhaltet. Fig. 5 zeigt den Zusammenhang zwischen der Temperatur und einem Koeffizienten aufgrund von Daten, die im Wege einer Änderung der Aufkohlungstemperatur im Hinblick auf die Berechnung der Temperaturabhängigkeit des Geschwindigkeitskoeffizienten der Oberflächenreaktion beim kontinuierlichen Glühen von Metallband nach der Erfindung gewonnen wurden. Fig. 6 gibt ein Fließbild des Algorithmus zur Steuerung der Aufkohlung durch Anwendung des kontinuierlichen Aufkohlens von Metallband nach der Erfindung wieder. Fig. 7 betrifft ein CO-H&sub2;-Diagramm mit der Rußbildungsgrenze beim kontinuierlichen Aufkohlen von Metallband nach der Erfindung. Fig. 8 zeigt den Zusammenhang zwischen dem rechnerischen und dem betrieblich gemessenen Wert der Aufkohlungsmenge aus dem Algorithmus des Beispiels der Fig. 6. Fig. 9 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung der verschiedenen rechnerisch ermittelten Aufkohlungsbedingungen im Hinblick auf eine Zielmenge durch den Algorithmus des Beispiels der Fig. 6. Fig. 10 betrifft ein Diagramm zur Veranschaulichung verschiedener Aufkohlungsbedingungen, die berechnet wurden, um eine Zielmenge unter Bedingungen zu erreichen, bei denen die Bandgeschwindigkeit durch den Algorithmus des Ausführungsbeispiels der Fig. 6 festgelegt wurde. Fig. 11 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels für die Verteilung der Kohlenstoffkonzentration für den Fall, daß die Zusammensetzung der Gasphase und die Aufkohlungszeit mit Hilfe des Algorithmus des Ausführungsbeispiels der Fig. 6 eingestellt wurden. Fig. 12 betrifft ein Diagramm eines Beispiels für eine Verteilung der Kohlenstoffkonzentration im Falle einer Steuerung der Zusammensetzung der Gasphase und der Aufkohlungszeit mit Hilfe des Algorithmus der Fig. 6. Fig. 13 zeigt ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels für die Verteilung der Kohlenstoffkonzentration in dem Fall, daß die Abkühlungsgeschwindigkeit nach dem Aufkohlen mit Hilfe des Algorithmus des Ausführungsbeispiels der Fig. 6 eingestellt wird. Fig. 14 zeigt eine grafische Darstellung der betrieblich gemessenen Gaszusammensetzung und der rechnerisch mit Hilfe der Modellformel für die Zusammensetzung der Gasatmosphäre ermittelten Zusammensetzung.Fig. 1 shows a diagram illustrating the heat treatment during continuous annealing and carburizing. Fig. 2 is a schematic representation of a continuous annealing and carburizing plant as it is suitable for controlling carburization according to the method according to the invention. for continuous carburizing of metal strip. Fig. 3 is a diagram illustrating the diffusion-determined region after the carbon concentration in the edge zone of the metal strip has reached the equilibrium concentration and the region determined by the surface reaction before the equilibrium concentration is reached. Fig. 4 is a flow chart of the algorithm containing the logic of the overall control in the continuous annealing and carburizing plant of Fig. 2. Fig. 5 shows the relationship between the temperature and a coefficient based on data obtained by changing the carburizing temperature with a view to calculating the temperature dependence of the rate coefficient of the surface reaction in the continuous annealing of metal strip according to the invention. Fig. 6 is a flow chart of the algorithm for controlling carburization by applying the continuous carburizing of metal strip according to the invention. Fig. 7 is a CO-H₂ diagram with the soot formation limit in the continuous carburizing of metal strip according to the invention. Fig. 8 shows the relationship between the calculated and the operationally measured value of the carburization amount from the algorithm of the example of Fig. 6. Fig. 9 shows a diagram to illustrate the various calculated carburization conditions with respect to a target amount by the algorithm of the example of Fig. 6. Fig. 10 relates to a diagram to illustrate various carburization conditions that are calculated to achieve a target amount under conditions where the belt speed was set by the algorithm of the embodiment of Fig. 6. Fig. 11 is a diagram showing an example of the distribution of carbon concentration in the case where the gas phase composition and the carburizing time were set by the algorithm of the embodiment of Fig. 6. Fig. 12 is a diagram showing an example of the distribution of carbon concentration in the case where the gas phase composition and the carburizing time were controlled by the algorithm of Fig. 6. Fig. 13 is a diagram showing an example of the distribution of carbon concentration in the case where the cooling rate after carburizing is set by the algorithm of the embodiment of Fig. 6. Fig. 14 is a graphical representation of the gas composition measured during operation and the composition calculated by the model formula for the composition of the gas atmosphere.

Im folgenden wird eine Bestlösung zur Verwirklichung der Erfindung dargestellt.The following describes a best solution for implementing the invention.

Fig. 2 zeigt das Beispiel einer Anlage zum kontinuierlichen Glühen und Aufkohlen von Band aus einem ELC-Stahl zur Verwirklichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum kontinuierlichen Aufkohlen von Metallband.Fig. 2 shows an example of a plant for the continuous annealing and carburizing of strip made of an ELC steel for implementing the inventive method for the continuous carburizing of metal strip.

Nach Fig. 2 gelangt ein Band A aus einem ELC-Stahl in eine nicht dargestellte Einlaufstation mit einem Ablaufhaspel, einer Schweißmaschine und einer Reinigungsmaschine etc. und sodann in eine Vorwärmzone 1, eine Aufwärmzone 2, eine Zone 3 zum Ausgleichsglühen, eine Aufkohlungszone 4, eine erste Kühlzone 51 eine zweite Kühlzone 6 und eine nicht dargestellte Auslaufstation mit einer Schere und einem Haspel etc., um die Steuerung der Bandtemperatur zu vollziehen, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist.According to Fig. 2, a strip A of an ELC steel enters an inlet station (not shown) with a discharge reel, a welding machine and a cleaning machine etc. and then into a preheating zone 1, a heating zone 2, a zone 3 for even-annealing, a carburizing zone 4, a first cooling zone 51, a second cooling zone 6 and an outlet station (not shown) with a shear and a reel etc. to carry out the control of the strip temperature as shown in Fig. 1.

In der Aufwärmzone 2 wird das von der Eingangsseite kontinuierlich zugeführte und in der Vorwärmzone 1 vorgewärmte Band auf die Rekristallisationstemperatur oder eine höhere Temperatur, vorzugsweise auf eine Ofentemperatur von 850 bis 1.000ºC gebracht und das Band so erwärmt, daß es eine Temperatur von 700 bis 950ºC erreicht. Das erwärmte Band A wird in der Ausgleichszone 3 eine vorgegebene Zeit lang auf der Rekristallisationstemperatur oder einer höheren Temperatur gehalten. Dabei ist es möglich, ein (1,1,1)- Gefüge zu entwickeln, das für die Tiefziehbarkeit von Vorteil ist.In the heating zone 2, the strip, which is continuously fed from the input side and preheated in the preheating zone 1, is brought to the recrystallization temperature or a higher temperature, preferably to a furnace temperature of 850 to 1,000ºC, and the strip is heated so that it reaches a temperature of 700 to 950ºC. The heated strip A is kept at the recrystallization temperature or a higher temperature for a predetermined time in the equalization zone 3. It is possible to develop a (1,1,1) structure, which is advantageous for deep drawability.

In der Nachbarschaft des Bandweges auf und ab über die Herdrollen in der Aufwärmzone 2 und der Vergleichmäßigungszone 3 sind zahlreiche Strahlungsröhren angeordnet, und ein in die Strahlungsröhren eingespeistes Heizgas wird dort verbrannt, um die Innentemperatur des Ofens (Ofentemperatur) einzustellen. Durch Festlegen der Zuflußgeschwindigkeit bzw. -mengen des Heizgases läßt sich ein oberer Grenzwert für die Ofentemperatur mit Hilfe eines nicht dargestellten und später beschriebenen Host- Computers aus der Wärmebilanz unter Berücksichtigung des Wärmeübergangskoeffizienten zwischen Strahlungsröhren, Band und Herdrollen etc. festlegen. Dies geschieht zusammen mit einer Durchlaufgeschwindigkeit, die eine Verweilzeit im Ofen (Aufheizzeit, Ausgleichsglühzeit) bzw. in jeder Wärmebehandlungszone auf der Basis einer Verfahrensmodellrechnung gewährleistet, die obere und untere Grenzwerte der gewünschten Rekristallisationstemperatur und eine optimale Wegberechnung, bei der eine optimale Zeitserie der Durchlaufgeschwindigkeit an der Verbindungsstelle zwischen den Coils berechnet wird, eine Berechnung der thermischen Rollendurchbiegung, bei der eine maximale Durchlaufgeschwindigkeit durch Vorhersagen und Berechnen der Herdrollendurchbiegung oder dergleichen berechnet wird. Im vorliegenden Falle entspricht das Einstellen der Zuflußgeschwindigkeit bzw. -menge des Heizgases in die Strahlungsröhren der für den Ofen erforderlichen Wärmemenge, die das Wärmeeinbringen und Wärmeverluste im Ofen berücksichtigt, die sich durch Hinzufügen der Wärmeverluste im Abgas und die Strahlung des Ofenkörpers zu der Wärmemenge ergibt, die dem Band zugeführt wird, das beim Verlassen des Ofens Wärme austrägt. Dies ist möglich mit Hilfe des im Zusammenhang mit dem weiter unten beschriebenen Steueralgorithmus der ganzen Behandlungsstrecke nicht dargestellten Host- Computers.Numerous radiation tubes are arranged in the vicinity of the strip path up and down over the hearth rollers in the heating zone 2 and the equalization zone 3, and a heating gas fed into the radiation tubes is burned there to adjust the internal temperature of the furnace (furnace temperature). By setting the inflow rate or quantities of the heating gas, an upper limit for the furnace temperature can be set with the aid of a host computer (not shown and described later) from the heat balance taking into account the heat transfer coefficient between radiant tubes, strip and hearth rollers, etc. This is done together with a throughput speed which ensures a residence time in the furnace (heating time, equalization annealing time) or in each heat treatment zone on the basis of a process model calculation, the upper and lower limits of the desired recrystallization temperature and an optimal path calculation in which an optimal time series of the throughput speed at the connection point between the coils is calculated, a calculation of the thermal roll deflection in which a maximum throughput speed is calculated by predicting and calculating the hearth roller deflection or the like. In the present case, the setting of the flow rate or amount of heating gas into the radiation tubes corresponds to the amount of heat required by the furnace, which takes into account the heat input and heat losses in the furnace, which is obtained by adding the heat losses in the exhaust gas and the radiation of the furnace body to the amount of heat supplied to the belt that removes heat when leaving the furnace. This is possible with the help of the host computer, not shown in connection with the control algorithm of the entire treatment line described below.

In der Aufkohlungszone 4 wird im Hinblick auf das Entstehen einer aufgekohlten Phase in einer Oberflächenschicht des Bandes A, in der in fester Lösung befindlicher Kohlenstoff in einer sehr dünnen Schicht (Oberflächenschicht) der Bandoberfläche vorhanden ist, dadurch, daß mit Hilfe des nicht dargestellten Host-Computers eine Bandtemperatur von 700 bis 950ºC und eine Bandgeschwindigkeit eingestellt werden, so daß das Band 10 bis 120 Sek. bei einer Temperatur von 700ºC oder mehr, vorzugsweise mit der Rekristallisationstemperatur oder darunter den Ofen durchläuft. Dies geschieht so, daß die Aufkohlungsmenge (Aufkohlungsreaktionsgeschwindigkeit x Aufkohlungszeit) über die Bandlänge konstant ist und Abweichungen von der Werkstoffcharakteristik unterdrückt werden. In dieser Hinsicht wird die Ofentemperatur-Steuerung so durchgeführt, daß das Problem vermieden wird, daß sich bei einer Bandtemperatur unter 700ºC die Geschwindigkeit der Aufkohlungsreaktion und die Produktivität der Wärmebehandlung verringern, während bei Ofentemperaturen über 950ºC die Werkstoffeigenschaften beeinträchtigt werden. Die Temperatursteuerung dient dazu, die Aufkohlungsbedingungen einzuhalten. Darüber hinaus ist es bekannt, daß beim Auftreten von Ruß, d.h. wenn freier Kohlenstoff auf der Bandoberfläche in Erscheinung tritt, dies das Zementationsverhalten sowie die Qualität beeinträchtigt und schädliche Einflüsse auf nachgeschaltete Verfahren ausübt. Andererseits wird die Aufkohlungsreaktion beeinträchtigt, wenn die Reaktion im Ofen in eine vorgegebene Richtung, beispielsweise in Richtung der Aufkohlungsreaktion gefördert und als Ergebnis der Taupunkt angehoben, die Aufkohlungsreaktion beeinträchtigt und die Bandoberfläche oxidiert wird und Temperfarben auftreten. Aus diesem Grunde werden die physikalischen Eigenschaften im Ofen und die Ofentemperatur in Übereinstimmung mit dem die Aufkohlungsbedingungen festlegenden Algorithmus strikt überwacht, wie weiter unten noch beschrieben werden wird.In the carburizing zone 4, in order to form a carburized phase in a surface layer of the strip A in which carbon in solid solution is present in a very thin layer (surface layer) of the strip surface, a strip temperature of 700 to 950°C and a strip speed are set by means of the host computer (not shown) so that the strip passes through the furnace for 10 to 120 seconds at a temperature of 700°C or more, preferably at the recrystallization temperature or lower. This is done so that the carburization amount (carburization reaction rate x carburization time) is constant over the strip length and deviations from the material characteristics are suppressed. In this respect, the furnace temperature control is carried out so as to avoid the problem that when the strip temperature is below 700°C, the carburization reaction rate and the heat treatment productivity are reduced, while when the furnace temperature is above 950°C, the material properties are deteriorated. The temperature control serves to maintain the carburizing conditions. In addition, it is known that the occurrence of soot, ie free carbon, on the strip surface impairs the cementation behavior and quality and has a detrimental effect on downstream processes. On the other hand, the carburizing reaction is impaired if the reaction in the furnace is directed in a predetermined direction, for example in the direction of the carburizing reaction. and as a result the dew point is raised, the carburizing reaction is impaired and the strip surface is oxidized and temper colors appear. For this reason, the physical properties in the furnace and the furnace temperature are strictly controlled in accordance with the algorithm setting the carburizing conditions, as will be described below.

Die Zusammensetzung sowie die Zu- und Abströmgeschwindigkeit des in den Aufkohlungsofen eingespeisten Aufkohlungsgases werden in Übereinstimmung mit verschiedenen Bedingungen gesteuert, die rechnerisch durch den Host-Computer auf der Basis einer thermodynamischen Modellformel (Zusammensetzung der Gasatmosphäre) ermittelt werden, welche die freie Energie im Ofen unter Berücksichtigung des Stoffeintrags und -austrags minimiert, wie weiter unten noch beschrieben werden wird. Die Zusammensetzung sowie die Einström- und die Abströmgeschwindigkeit des Aufkohlungsgases werden im Wege einer Unterdrückung eines Taupunktanstiegs so gesteuert, daß es nicht zu einer Rußbildung und auch nicht zu einer Verringerung der Geschwindigkeit der Aufkohlungsreaktion und zu Anlauffarben kommt. Es bedarf keiner Erwähnung, daß die vorrangige Priorität bei den Spezifikationsfaktoren des Bandes einschließlich der Kohlenstoffkonzentrations-Verteilung und der Aufkohlungstiefe etc. der Aufkohlungsschicht liegt, die sich an der Bandoberfläche bildet und weiter unten noch beschrieben werden wird. Die Zusammensetzung sowie die Zu- und die Abströmgeschwindigkeit des Aufkohlungsgases werden im Hinblick auf die oben erwähnte Durchlaufgeschwindigkeit und die Ofentemperatur berechnet.The composition and the inflow and outflow rates of the carburizing gas fed into the carburizing furnace are controlled in accordance with various conditions calculated by the host computer on the basis of a thermodynamic model formula (composition of the gas atmosphere) which minimizes the free energy in the furnace taking into account the material input and output, as will be described later. The composition and the inflow and outflow rates of the carburizing gas are controlled by suppressing a rise in the dew point so that soot formation does not occur, nor does it reduce the rate of the carburizing reaction and tarnish. It goes without saying that the primary priority is given to the specification factors of the strip including the carbon concentration distribution and the carburization depth, etc. of the carburizing layer formed on the strip surface, which will be described later. The composition and the inflow and outflow rates of the carburizing gas are calculated with regard to the above-mentioned flow rate and the furnace temperature.

Die physikalischen Bedingungen im Ofen, die Ofentemperatur, die Bandtemperatur, die Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes, d.h. die Aufkohlungszeit und die Zusammensetzung der Gasatmosphäre werden als physikalische Größen (Steuergrößen) betrachtet, die der Steuerung beim betrieblichen Durchlaufaufkohlen bedürfen. Durch den Host-Computer wird beispielsweise die erforderliche Aufkohlungsmenge aus den Werkstoffkennwerten einschließlich der Kohlenstoffkonzentrations-Verteilung und der Aufkohlungstiefe etc. einer gewünschten Aufkohlungsschicht an der Bandoberfläche festgelegt, und jede im Hinblick auf die Aufkohlungsmenge infrage kommende Steuergröße wird durch eine geeignete Wahl verschiedener, sich auf diese voreingestellten Steuergrößen beziehenden Grundformeln errechnet, wie weiter unten noch beschrieben werden wird. Die Steuergrößen werden unter Einbeziehung der Möglichkeiten und Verfahren anderer Anlagen festgelegt.The physical conditions in the furnace, the furnace temperature, the strip temperature, the strip travel speed, i.e. the carburizing time and the composition of the gas atmosphere are considered as physical variables (control variables) that require control during continuous carburizing. For example, the host computer determines the required carburizing amount from the material characteristics including the carbon concentration distribution and the carburizing depth, etc. of a desired carburizing layer on the strip surface, and each control variable relevant to the carburizing amount is calculated by a suitable selection of various basic formulas related to these preset control variables, as will be described below. The control variables are determined taking into account the capabilities and methods of other systems.

Das Band wird aufwärts und abwärts über die Herdrollen 10 geführt und zur Beibehaltung der Walzeigenschaften sowie der Rollendurchbiegung in einem vorgegebenen Zustand gehalten; beispielsweise sind benachbarte Lager oder dergleichen gekühlt. Um die Festigkeit und die Verschleißeigenschaften der Rollen selbst zu erhalten, bestehen sie aus einer Chrom-Legierung. Wenn das Aufkohlungsgas in die Nachbarschaft der Herdrollen gelangt, wird es abgekühlt, und es kommt zu einer Rußbildung, so daß Kohlenstoff, nachdem er an den Herdrollen haftet, in das Innere der Herdrollen diffundiert. Wenn dies geschieht, kommt es zu einer Verbindung von Chrom und Kohlenstoff sowie zu einer Karbidausscheidung. Die Folge davon ist, daß das Gefügekorn der hitzebeständigen Herdrollen-Legierung aufgebrochen oder gedehnt wird. Auch werden die Herdrollen in Folge einer Verarmung an in fester Lösung befindlichem Chrom andererseits brüchig und oxidiert, so daß die Porenkorrosion voranschreitet. In dieser Hinsicht müssen, wenn die Herdrollen mit der aufkohlenden Gasatmosphäre in Berührung kommen, wie die Erfinder durch Versuche nachgewiesen haben, die Herdrollen innerhalb von zwei Jahren ersetzt werden. Erfindungsgemäß ist daher eine Herdrollenkammer durch eine kontaktlose Dichtung 11 von der aufkohlenden Atmosphäre getrennt, so daß es nicht zu einer Zerstörung der Herdrollen kommt. Darüber hinaus befindet sich das Innere der Herdrollenkammer derart in einem leicht aufkohlenden Zustand, daß eine Zerstörung der Herdrollen nicht stattfindet. Auf diese Weise ließ sich die sogenannte Entkohlung erfolgreich unterbinden, bei der Kohlenstoff von der aufgekohlten Oberflächenschicht übernommen wird, während das Band durch die abgetrennte Herdrollenkammer hindurchläuft. Ist die Durchlaufzeit in der Herdrollenkammer sehr kurz und die Entkohlung der Oberflächenzone des Bandes demgemäß in Anbetracht der Durchlaufzeit kein Problem, dann kann das Innere der Herdrollenkammer eine nicht aufkohlende Atmosphäre besitzen.The strip is guided up and down over the hearth rolls 10 and is kept in a predetermined state to maintain the rolling properties and the roll deflection; for example, adjacent bearings or the like are cooled. To maintain the strength and wear properties of the rolls themselves, they are made of a chromium alloy. When the carburizing gas is introduced into the When the heat-resistant alloy of the hearth rollers is introduced into the vicinity of the hearth rollers, it is cooled and soot is formed, so that carbon, after adhering to the hearth rollers, diffuses into the interior of the hearth rollers. When this happens, chromium and carbon are combined and carbide precipitation occurs. As a result, the grain structure of the heat-resistant hearth roller alloy is broken or expanded. On the other hand, the hearth rollers become brittle and oxidized due to depletion of solid-solution chromium, so that pore corrosion progresses. In this regard, when the hearth rollers come into contact with the carburizing gas atmosphere, as the inventors have proved through experiments, the hearth rollers must be replaced within two years. According to the invention, therefore, a hearth roller chamber is separated from the carburizing atmosphere by a non-contact seal 11, so that destruction of the hearth rollers does not occur. Moreover, the interior of the hearth roller chamber is in such a slightly carburizing state that destruction of the hearth rollers does not occur. In this way, the so-called decarburization, in which carbon is taken up from the carburized surface layer while the strip is passing through the separated hearth roller chamber, was successfully prevented. If the passage time in the hearth roller chamber is very short and the decarburization of the surface zone of the strip is therefore not a problem in view of the passage time, then the interior of the Hearth roller chamber must have a non-carburizing atmosphere.

Der Aufbau der Dichtung 11 wird im einzelnen nicht beschrieben; es kann sich jedoch beispielsweise um eine dichtende Schicht zwischen der Herdrollenkammer und der Aufkohlungskammer aus drei Teilschichten handeln, und das oben erwähnte leicht aufkohlende Gas kann in die Dichtungsschicht an der Seite der Herdrollenkammer eingeblasen werden, während das Absaugen aus einer Zwischenschicht geschieht. Darüber hinaus werden die Blasrichtung und die Strömungsgeschwindigkeit jeden Gases so gesteuert, daß der Strom jeden Gases in die Seite der Zwischenschicht gesteuert und gleichzeitig der von dem durchlaufenden Band verursachte Zirkulationsstrom durch einen Auslaß an einer Endfläche der Dichtungsschicht abgeleitet wird, die sich im Bereich der Breite des Bandes befindet.The structure of the seal 11 is not described in detail, but it may be, for example, a sealing layer between the hearth roller chamber and the carburizing chamber made up of three sub-layers, and the above-mentioned light carburizing gas may be blown into the sealing layer on the hearth roller chamber side while being exhausted from an intermediate layer. Moreover, the blowing direction and the flow rate of each gas are controlled so that the flow of each gas is controlled into the intermediate layer side and at the same time the circulating flow caused by the passing strip is discharged through an outlet on an end face of the sealing layer which is located in the range of the width of the strip.

Das die Aufkohlungszone 4 verlassende Band gelangt zunächst in die erste Abkühlungszone 5. Um den in der sehr dünnen Oberflächenschicht des Bandes in fester L6sung befindlichen Kohlenstoff aus der Aufkohlungszone zu fixieren, wird das Band nach dem Aufkohlen in der ersten Kühlzone 5 rasch auf eine Temperatur von 600ºC oder darunter, vorzugsweise mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 5ºC/s abgekühlt, bis etwa 500 bis 400ºC erreicht sind. Um in der Kühlzone 5 die notwendigen Abkühlungsbedingungen zu gewährleisten, stellt der Host-Computer die Menge, die Strömungsgeschwindigkeit, den Kühlrollenwinkel sowie den Umschlingungswinkel und dergleichen des von einer Kühlgasdüse gegen das in die Kühlzone einlaufende Band gerichteten Gases ein.The strip leaving the carburizing zone 4 first enters the first cooling zone 5. In order to fix the carbon from the carburizing zone which is in solid solution in the very thin surface layer of the strip, the strip is cooled rapidly after carburizing in the first cooling zone 5 to a temperature of 600ºC or below, preferably at a cooling rate of 5ºC/s, until about 500 to 400ºC is reached. In order to ensure the necessary cooling conditions in the cooling zone 5, the host computer sets the amount, the flow rate, the cooling roller angle as well as the wrap angle and the like of the gas directed from a cooling gas nozzle against the strip entering the cooling zone.

Das die Kühlzone 5 verlassende Band gelangt in eine zweite Kühlzone 6. In dieser Kühlzone wird das Gasabkühlen fortgesetzt, bis das Band eine Temperatur von 250 bis 200ºC erreicht. Auf diese Weise ist es letztendlich möglich, ein kaltgewalztes Blech aus einem ELC-Stahl herzustellen, das sich zum Preßformen eignet und bei dem der in fester Lösung in der Oberflächenzone befindliche Kohlenstoff nach Menge und Form eingestellt ist.The strip leaving the cooling zone 5 enters a second cooling zone 6. In this cooling zone, gas cooling continues until the strip reaches a temperature of 250 to 200ºC. In this way, it is ultimately possible to produce a cold-rolled sheet made of an ELC steel suitable for press forming and in which the carbon in solid solution in the surface zone is controlled in quantity and shape.

Im folgenden wird nun der Gedanke einer generellen Steuerung des Durchlaufglühens und -aufkohlens mit Hilfe des Host-Computers erläutert. Dabei wird zum leichteren Verständnis die Bandtemperatur infolge der Aufkohlungsreaktion als Aufkohlungstemperatur bezeichnet, wenngleich aufgrund der vorstehenden Ausführungen Klarheit darüber besteht, daß die wesentliche Steuergröße die Ofentemperatur ist.The following explains the idea of a general control of continuous annealing and carburizing with the help of the host computer. For ease of understanding, the strip temperature resulting from the carburizing reaction is referred to as the carburizing temperature, although the above explanations make it clear that the main control variable is the furnace temperature.

Wie bereits erwähnt, ist beim Aufkohlen in der Aufkohlungszone einschließlich des Einstellens einer bestimmten Kohlenstoffkonzentrations-Verteilung im Band die Aufkohlungsmenge im Band als Zielgröße des Werkstoffs vorgegeben. Geht es beispielsweise um eine bestimmte Kohlenstoffkonzentrations-Verteilung, dann ergibt sich die Kohlenstoffnenge durch Integration der Kohlenstoffverteilung über die Banddicke. Der obere Grenzwert der Aufkohlungstemperatur wird bestimmt durch die Rekristallisationstemperatur oder eine niedrigere Temperatur des jeweiligen Werkstoffs. Um andererseits das maximale Aufkohlungsvermögen des Aufkohlungsofens auszunutzen, ist es erforderlich, die Geschwindigkeit der auf dem Prinzip Aufkohlungsmenge = Geschwindigkeit der Aufkohlungsreaktion x Aufkohlungszeit zu steigern; von daher ist es wünschenswert, die mit der Geschwindigkeit der Aufkohlungsreaktion verknüpfte Aufkohlungstemperatur zu erhöhen, was wiederum mit einer Erhöhung des oberen Grenzwerts der Kohlenmonoxidkonzentration verbunden ist.As already mentioned, when carburizing in the carburizing zone, including setting a certain carbon concentration distribution in the strip, the carburization amount in the strip is specified as the target value of the material. If, for example, a certain carbon concentration distribution is required, the carbon amount is obtained by integrating the carbon distribution over the strip thickness. The upper limit of the carburizing temperature is determined by the recrystallization temperature or a lower temperature of the material in question. On the other hand, in order to utilize the maximum carburizing capacity of the carburizing furnace, it is necessary to increase the rate of carburization based on the principle of carburizing amount = rate of carburizing reaction x carburizing time; therefore, it is desirable to increase the carburizing temperature linked to the rate of carburizing reaction, which in turn is associated with an increase in the upper limit of the carbon monoxide concentration.

Nach der Erfindung läßt sich die Rußgrenze mit Hilfe der thermodynamische Modellformel (Zusammensetzung der Ofenatmosphäre) unter Berücksichtigung des Stoffeintrags und -austrags bestimmen; es ist jedoch schwierig, die Kohlenmonoxidkonzentration und eine Wasserstoff-Konzentration im Ofengas ausschließlich aus der Bedingung festzulegen, daß es nicht zu einer Rußbildung kommt. Deswegen geht die Erfindung von einer die Geschwindigkeit der Aufkohlungsreaktion nicht beeinträchtigenden Bezugsformel aus und benutzt beispielsweise die Kohlenmonoxidkonzentration aus der Modellformel für die Zusammensetzung einer nicht zu einer Rußbildung führenden Gasatmosphäre als Bezugsgröße und berechnet die Wasserstoff-Konzentration unter Verwendung der Bezugsformel, wie sich das aus folgendem ergibt:According to the invention, the soot limit can be determined using the thermodynamic model formula (composition of the furnace atmosphere) taking into account the material input and output; however, it is difficult to determine the carbon monoxide concentration and a hydrogen concentration in the furnace gas solely from the condition that no soot formation occurs. Therefore, the invention is based on a reference formula that does not affect the speed of the carburizing reaction and uses, for example, the carbon monoxide concentration from the model formula for the composition of a gas atmosphere that does not lead to soot formation as a reference value and calculates the hydrogen concentration using the reference formula, as follows:

H&sub2;-Konzentration = a x CO-Konzentration,H₂ concentration = a x CO concentration,

wobei a eine Konstante in der Größe 0 bis unter 5 ist.where a is a constant in size from 0 to less than 5 .

Die Konstante a errechnet sich nach der weiter unten beschriebenen Grundformel für die Oberflächenreaktion zu einem Wert, der die Konzentration des CO und des H&sub2;O auf ein Minimum bringt und normalerweise im Bereich von 0,5 bis 1,0 liegt. Demgemäß nimmt die Geschwindigkeit der Aufkohlungsreaktion aus der Formel für die Geschwindigkeit der Oberflächenreaktion, wenn der Bezugsformel Genüge getan ist, ein Maximum an.The constant a is calculated according to the basic formula for the surface reaction described below to be a value which minimizes the concentration of CO and H₂O and is normally in the range of 0.5 to 1.0. Accordingly, the rate of the carburizing reaction from the formula for the surface reaction rate takes a maximum when the reference formula is satisfied.

Des weiteren wird bei diesem Ausführungsbeispiel die Aufkohlungszeit im Hinblick auf eine bestimmte Verteilung der Kohlenstoffkonzentration auf der Basis der, wie oben erwähnt, ermittelten Geschwindigkeit der Oberflächenreaktion festgelegt. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß, wenn der Konzentrationsgradient für den Kohlenstoff im inneren Teil der Randzone über eine Erhöhung nur der Kohlenstoffkonzentration in der Oberflächenzone steil gemacht werden soll, lediglich die Geschwindigkeit der Aufkohlungsreaktion (Erhöhung des Aufkohlungsvermögens) erhöht und die Dauer der Aufkohlung verringert zu werden braucht. Umgekehrt braucht, wenn der Konzentrationsgradient des inneren Teils der Randzone aufgrund einer Erhöhung der Kohlenstoffkonzentration des Bandes allmählich verlaufen soll, lediglich die Aufkohlungszeit erhöht und die Aufkohlungsgeschwindigkeit (Verringerung des Aufkohlungsvermögens) verringert zu werden. Die Steuerung der Geschwindigkeit der Aufkohlungsreaktion und -zeit genügt der oben erwähnten einschränkenden Bedingung, daß die Aufkohlungsmenge konstant ist.Furthermore, in this embodiment, the carburizing time is determined with respect to a certain distribution of the carbon concentration on the basis of the surface reaction rate determined as mentioned above. In other words, if the concentration gradient of the carbon in the inner part of the peripheral zone is to be made steep by increasing only the carbon concentration in the surface zone, only the speed of the carburizing reaction (increase in carburizing ability) needs to be increased and the time of carburizing needs to be reduced. Conversely, if the concentration gradient of the inner part of the peripheral zone is to be made gradual due to increasing the carbon concentration of the strip, only the carburizing time needs to be increased and the carburizing rate (decrease in carburizing ability) needs to be reduced. The control of the speed the carburization reaction and time satisfies the above-mentioned limiting condition that the carburization amount is constant.

Andererseits wird, wie im Zusammenhang mit der Erwärmungszone und der Ausgleichszone bereits beschrieben, in den betreffenden Bandtemperaturkontrollzonen außer in der Aufkohlungszone, eine optimale Bandgeschwindigkeit im Wege einer Leistungs- und Verfahrensberechnung der betreffenden Öfen festgelegt. Betrachtet man die maximale Bandgeschwindigkeit in jeder der Temperaturkontrollzonen und die maximale Bandgeschwindigkeit in der Aufkohlungszone der kontinuierlich arbeitenden Glüh- und Aufkohlungsanlage, die das Band nach und nach passiert, dann kommt es darauf an, welche der Bandgeschwindigkeiten die Durchlaufgeschwindigkeit der Gesamtanlage bestimmt. In diesem Falle sind sämtliche Erfordernisse der Blechspezifikation in Betracht zu ziehen, und diese gelten weiterhin als absolute Bedingungen.On the other hand, as already described in connection with the heating zone and the equalization zone, in the relevant strip temperature control zones, except in the carburizing zone, an optimal strip speed is determined by means of a performance and process calculation of the furnaces concerned. If one considers the maximum strip speed in each of the temperature control zones and the maximum strip speed in the carburizing zone of the continuously operating annealing and carburizing plant, through which the strip gradually passes, then it depends which of the strip speeds determines the throughput speed of the entire plant. In this case, all the requirements of the sheet specification must be taken into account, and these continue to be considered as absolute conditions.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß, wenn die maximale Bandgeschwindigkeit in der Aufkohlungszone größer als das Minimum jeder Maximalgeschwindigkeit in jeder der Temperaturkontrollzonen ist, es dann erforderlich ist, das Minimum der maximalen Bandgeschwindigkeit jeder Bandtemperaturkontrollzone als Bandgeschwindigkeit der Glüh- und Aufkohlungsstrecke festzulegen und erneut die Bedingungen der Atmosphäre im Aufkohlungsofen zu bestimmen, die bei dieser Durchlaufgeschwindigkeit der oben erwähnten Aufkohlungsmenge genügt. In diesem Falle geschieht dies, weil sich die Aufkohlungszeit verlängert unter der einschränkenden Bedingung, daß die Aufkohlungsmenge konstant ist, wiederum in Richtung einer verringerten Geschwindigkeit der Aufkohlungsreaktion, d.h. die CO und die H&sub2;-Konzentration in der Gasatmosphäre werden verringert, und dementsprechend wird die Bedingung, daß es nicht zu einer Rußbildung kommen soll, erfüllt.From the above description, it is clear that if the maximum strip speed in the carburizing zone is greater than the minimum of each maximum speed in each of the temperature control zones, then it is necessary to set the minimum of the maximum strip speed of each strip temperature control zone as the strip speed of the annealing and carburizing section and again determine the conditions of the atmosphere in the carburizing furnace which, at this passing speed, satisfies the above-mentioned carburizing amount. In this case, This occurs because the carburizing time is prolonged under the restrictive condition that the carburizing amount is constant, in turn in the direction of a reduced speed of the carburizing reaction, ie the CO and H₂ concentration in the gas atmosphere are reduced, and accordingly the condition that no soot formation should occur is met.

Ist hingegen der Minimalwert der maximalen Durchlaufgeschwindigkeiten in jeder temperaturgesteuerten Zone gleich oder größer als die maximale Bandgeschwindigkeit in der Aufkohlungszone, dann dient die maximale Bandgeschwindigkeit der Aufkohlungszone als Durchlaufgeschwindigkeit der ganzen Linie und müssen wiederum die Ofentemperatur und die zugeführte Heizgasmenge als Steuergrößen für die Bandtemperatur bestimmt werden, um die Bandtemperatur in jeder der temperaturgesteuerten Zonen bei der betreffenden Durchlaufgeschwindigkeit zu gewährleisten. Die Steuerung findet ihren Niederschlag in dem Algorithmus der Fig. 4, den der Host-Computer ausführt.If, however, the minimum value of the maximum run speeds in each temperature-controlled zone is equal to or greater than the maximum strip speed in the carburizing zone, then the maximum strip speed of the carburizing zone serves as the run speed of the entire line and the furnace temperature and the amount of heating gas supplied must in turn be determined as control variables for the strip temperature in order to ensure the strip temperature in each of the temperature-controlled zones at the relevant run speed. The control is reflected in the algorithm shown in Fig. 4, which is executed by the host computer.

Bei der Rechnerarbeit wird zunächst in der Stufe S 20 in der Aufkohlungszone und jeder temperaturgesteuerten Zone eine obere Leistungsgrenze als einschränkende Bedingung und ein Maximalwert der Bandgeschwindigkeit, welcher den Anforderungen an das Erwärmen und Abkühlen des Stahlbands festgelegt. So wird beispielsweise für die Aufwärmzone 2 und die Ausgleichszone 3 auf der Basis einer mathematischen Modellformel auf Basis der Wärmeübergangstheorie eine Modellformel für das Verfahren aufgrund der Wärmebilanz unter Berücksichtigung des Wärmeübergangs zwischen den Strahlungsröhren, der Ofenwandung, des Bandes und der Herdrollen etc. festgelegt. Auf der Basis dieser Modellformel für das Verfahren wird dann ein Maximalwert der Bandgeschwindigkeit (im folgenden als maximale Bandgeschwindigkeit bezeichnet) innerhalb des Bereichs der Ofentemperatur, der Heizgasmenge oder der Wärmeleistung einer ebenfalls möglichen elektrischen Heizung festgelegt, und zwar 50, daß der errechnete Maximalwert die vorgegebene Bandtemperatur gewährleistet.In the computer work, an upper power limit is initially set as a limiting condition in the carburizing zone and each temperature-controlled zone in stage S 20, and a maximum value of the strip speed is set, which corresponds to the requirements for heating and cooling of the steel strip. For example, for the heating zone 2 and the compensation zone 3, a Model formula for the process is determined based on the heat balance, taking into account the heat transfer between the radiant tubes, the furnace wall, the belt and the hearth rollers, etc. On the basis of this model formula for the process, a maximum value of the belt speed (hereinafter referred to as the maximum belt speed) is then determined within the range of the furnace temperature, the amount of heating gas or the heat output of an electrical heater (which is also possible), namely 50, so that the calculated maximum value ensures the specified belt temperature.

Andererseits wird für die Aufkohlungszone 4 auf der Basis einer mathematischen Modellformel unter Zugrundelegung der weiter unten beschriebenen Thermodynamik ein Modell der Zusammensetzung der Gasatmosphäre im Aufkohlungsofen unter Berücksichtigung des Stoffeintrags und -austrags im Aufkohlungsofen erstellt. Mit Hilfe dieses Modells der Zusammensetzung der Gasatmosphäre und der Formel für die Geschwindigkeit der Aufkohlungsreaktion wird eine maximale Bandgeschwindigkeit errechnet, die gleich oder größer ist als der obere Grenzwert der Zusammensetzung der Gasatmosphäre (insbesondere CO) und der angestrebten Kohlenstoffmenge Rechnung trägt.On the other hand, for carburizing zone 4, a model of the composition of the gas atmosphere in the carburizing furnace is created on the basis of a mathematical model formula based on the thermodynamics described below, taking into account the material input and output in the carburizing furnace. Using this model of the composition of the gas atmosphere and the formula for the speed of the carburizing reaction, a maximum belt speed is calculated that is equal to or greater than the upper limit of the composition of the gas atmosphere (in particular CO) and takes into account the desired amount of carbon.

Weiterhin wird für die Kühlzonen 5 und 6 auf der Basis einer Modellformel, die das Kühlgas aus dem Kühlgasstrahl und den Wärmeübergang berücksichtigt, eine maximale Bandgeschwindigkeit errechnet, die sich innerhalb des Bereichs der möglichen Kühlgaszufuhr bewegt und der angestrebten Abkühlungsgeschwindigkeit bzw. der angestrebten Abkühlungsendtemperatur Rechnung trägt.Furthermore, a maximum belt speed is calculated for cooling zones 5 and 6 on the basis of a model formula that takes into account the cooling gas from the cooling gas jet and the heat transfer, which lies within the range of the possible cooling gas supply and takes into account the desired cooling rate or the desired final cooling temperature.

In dieser Hinsicht lassen sich für die Kühlzonen 5 und 6 im Falle einer Verwendung von Kühlrollen oder von Kühlnebel anstelle einer Gaskühlung als Kühlmittel ähnliche Berechnungen unter Verwendung einer Modellformel durchführen, die das jeweilige Medium und den Wärmeübergang des Bandes berücksichtigt.In this respect, for cooling zones 5 and 6, in case of using cooling rollers or cooling mist instead of gas cooling as the cooling medium, similar calculations can be carried out using a model formula that takes into account the respective medium and the heat transfer of the belt.

Alsdann werden die in der beschriebenen Weise berechnete maximale Bandgeschwindigkeit in jeder der Wärmebehandlungszonen einschließlich der Aufkohlungszone miteinander verglichen und der niedrigste Wert als Maximum der Bandgeschwindigkeit in der Gesamtanlage festgelegt.The maximum strip speeds calculated in the manner described above are then compared in each of the heat treatment zones, including the carburizing zone, and the lowest value is set as the maximum strip speed in the entire system.

Als nächstes wird in der Stufe 21 unter Verwendung der maximalen Bandgeschwindigkeit in der gesamten Strecke aus der Stufe S 20 für jede Wärmebehandlungszone einschließlich der Aufkohlungszone ein Wert der Steuergrößen ermittelt, der den Erfordernissen des Bandaufwärmens, Aufkohlens und Abkühlens Rechnung trägt.Next, in step 21, using the maximum strip speed over the entire section from step S 20, a value of the control variables is determined for each heat treatment zone, including the carburizing zone, which takes into account the requirements of strip heating, carburizing and cooling.

Im einzelnen wird nun beispielsweise für die Aufwärmzone 2 und die Ausgleichszone 3 unter Verwendung des Wärmeübergangsmodells der Stufe 5 20 eine Ofentemperatur bestimmt, die der angestrebten Bandtemperatur Rechnung trägt. Diese Bandtemperatur läßt sich mit Hilfe einer Steuerung der Heizgaszufuhr oder der Leistung einer elektrischen Heizung im Feedback-Verfahren einstellen. Alternativ läßt sich die Bandtemperatur auch in der Weise einstellen, daß auf der Basis der zuvor beschriebenen Prozeßmodell-Rechnung eine optimale Strömungsgeschwindigkeit oder Leistung einer elektrischen Heizung im Wege einer Wegoptimierung berechnet wird, welche die Schwankungen der Bandtemperatur an der Verbindungsstelle zweier Coils im Band minimiert. Aufgrund des Ergebnisses ist alsdann eine Rückkopplungssteuerung möglich.In detail, for example, a furnace temperature is determined for the heating zone 2 and the equalization zone 3 using the heat transfer model of stage 5 20, which takes the desired strip temperature into account. This strip temperature can be adjusted by controlling the heating gas supply or the Adjust the power of an electric heater using the feedback method. Alternatively, the strip temperature can also be adjusted by calculating an optimal flow rate or power of an electric heater using a path optimization based on the process model calculation described above, which minimizes the fluctuations in the strip temperature at the connection point between two coils in the strip. Feedback control is then possible based on the result.

Andererseits sind für die Aufkohlungszone vier Fälle denkbar, bei denen der Zielwert ausschließlich die Aufkohlungsmenge einschließt oder zusammen mit der Aufkohlungsmenge die angestrebte Form der Verteilung der Kohlenstoffkonzentration in Richtung der Banddicke. Ist lediglich die Aufkohlungsmenge vorgegeben, dann wird unter Benutzung des im Zusammenhang mit der Stufe S 20 beschriebenen Modells der Gasatmosphäre und der Formel für die Aufkohlungsreaktion an der Stahloberfläche eine Gaszusammensetzung berechnet, die der angestrebten Aufkohlungsmenge Rechnung trägt. Im anderen Fall, wenn neben der Aufkohlungsmenge die Form der Verteilung der Kohlenstoffkonzentration in Richtung der Banddicke vorgegeben ist, wird unter Berücksichtigung des Modells für die Zusammensetzung der Gasatmosphäre und der Formel für die Geschwindigkeit der Aufkohlungsreaktion das Modell der Diffusion im Stahlband unter Berücksichtigung nicht nur der Aufkohlungszeit, sondem auch der Abkühlungsphase angewandt und wiederum die Bandgeschwindigkeit so festgelegt, daß sie sich innerhalb der in der Stufe S 20 ermittelten maximalen Bandgeschwindigkeit für die Gesamtanlage oder darunter hält und so die Möglichkeit schafft, die angestrebte Form der Verteilung der Kohlenstoffkonzentration in Richtung der Banddicke festzulegen. Gleichzeitig wird unter Berücksichtigung der angestrebten Aufkohlungsmenge die Zusammensetzung der Gasatmosphäre berechnet. In diesem Falle entspricht die erneut festgelegte Bandgeschwindigkeit derjenigen des sich anschließenden Teils der Anlage. Hierbei wird jedoch die Logik der Bestimmung der Bandgeschwindigkeit im Hinblick darauf, daß die Form der Verteilung der Kohlenstoffkonzentration in Richtung der Banddicke dem vorgegebenen Wert der Banddicke der Stufe S 21 genügt, im Hinblick auf die Vermeidung einer Änderung der Bandgeschwindigkeit und erneuten Festlegung aus anderen Gründen, die der Form der Verteilung der Kohlenstoffkonzentration in Richtung der Banddicke gewährleistende Bandgeschwindigkeit vorzugsweise in der Stufe S 23 festgelegt. Dies geschieht demgemäß im Falle des Ausführungsbeispiels in der Stufe S 23.On the other hand, four cases are conceivable for the carburizing zone, in which the target value includes only the carburization amount or, together with the carburization amount, the desired form of distribution of the carbon concentration in the direction of the strip thickness. If only the carburization amount is specified, then using the model of the gas atmosphere described in connection with stage S 20 and the formula for the carburization reaction on the steel surface, a gas composition is calculated that takes into account the desired carburization amount. In the other case, if in addition to the carburization amount, the form of distribution of the carbon concentration in the direction of the strip thickness is specified, the model of the composition of the gas atmosphere and the formula for the speed of the carburization reaction is used to apply the diffusion model in the steel strip, taking into account not only the carburization time but also the cooling phase, and again the strip speed is set so that it within or below the maximum belt speed for the entire system determined in stage S 20, thus making it possible to determine the desired form of distribution of the carbon concentration in the direction of the belt thickness. At the same time, the composition of the gas atmosphere is calculated taking into account the desired amount of carburization. In this case, the newly determined belt speed corresponds to that of the adjoining part of the system. However, the logic of determining the belt speed is such that the form of distribution of the carbon concentration in the direction of the belt thickness satisfies the predetermined value of the belt thickness in stage S 21. In order to avoid changing the belt speed and re-determining it for other reasons, the belt speed ensuring the form of distribution of the carbon concentration in the direction of the belt thickness is preferably determined in stage S 23. This is done accordingly in the case of the embodiment in stage S 23.

Für die Kühlzonen 5 und 6 wird unter Verwendung des im Zusammenhang mit der Stufe S 20 beschriebenen Modells für den Wärmeübergang die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlgasstrahls mit Hilfe mehrerer Umdrehungen eines Ventilators oder dergleichen so festgelegt, daß sie die vorgegebene Abkühlungsgeschwindigkeit und -zeit Rechnung trägt.For cooling zones 5 and 6, using the heat transfer model described in connection with stage S 20, the flow rate of the cooling gas jet is set by means of several revolutions of a fan or the like in such a way that it takes into account the specified cooling rate and time.

Als nächstes wird in der Stufe S 22 die Wärmedurchbiegung der Herdrollen jeder Wärmebehandlungszone einschließlich der Aufkohlungszone prognostiziert und mit Hilfe je eines Modells der Bandtemperatur und der Wärmebilanz der Rollenkammer, sowie eine maximale Durchlaufgeschwindigkeit berechnet, die innerhalb der Grenzen für die Strahlerzeugung und das Auftreten von Ausbeulungen am Band liegt, d.h. die sogenannte Berechnung der thermischen Durchbiegung wird durchgeführt. Übersteigt die berechnete maximale Bandgeschwindigkeit diejenige der in den Stufen S 20 und S 21 berechneten Bandgeschwindigkeiten, dann findet der Übergang in die Stufe S 23 statt. Liegt hingegen die berechnete Maximalgeschwindigkeit unter der in den Stufen S 20 und S 21 ermittelten Maximalgeschwindigkeit der gesamten Behandlungsstrecke, dann dient die aus der Berechnung der thermischen Rollendurchbiegung gewonnene maximale Bandgeschwindigkeit als neue Bandgeschwindigkeit der gesamten Behandlungsstrecke und findet Eingang in die voraufgehende Stufe S 21.Next, in stage S 22, the thermal deflection of the hearth rollers in each heat treatment zone, including the carburizing zone, is predicted and calculated using a model of the strip temperature and the heat balance of the roller chamber, as well as a maximum throughput speed that lies within the limits for the generation of jets and the occurrence of bulges on the strip, i.e. the so-called thermal deflection calculation is carried out. If the calculated maximum strip speed exceeds that of the strip speeds calculated in stages S 20 and S 21, then the transition to stage S 23 takes place. If, however, the calculated maximum speed is below the maximum speed of the entire treatment section determined in stages S 20 and S 21, then the maximum belt speed obtained from the calculation of the thermal roller deflection serves as the new belt speed of the entire treatment section and is entered into the preceding stage S 21.

In der Stufe S 23 wird eine Bandgeschwindigkeit als Zielvorgabe unter Berücksichtigung besonderer Maßnahmen am Band wie beispielsweise Schweißarbeiten zum Verbinden des Bandes zweier Coils, der Prüfung des Coils und dergleichen oder anderer Maßnahmen (hauptsächlich Probleme) festgelegt und zunächst sichergestellt, daß die vorgegebene Bandgeschwindigkeit gleich oder geringer ist als die in den Stufen S 20 und S 22 festgelegte maximale Bandgeschwindigkeit. Diese Bandgeschwindigkeit wird dann für die gesamte Behandlungs strecke festgelegt.In stage S 23, a target belt speed is set taking into account special operations on the belt such as welding operations to join the belt of two coils, testing of the coil and the like or other operations (mainly problems) and first ensuring that the specified belt speed is equal to or lower than the maximum belt speed set in stages S 20 and S 22. This belt speed is then set for the entire treatment section.

Alsdann werden in der Stufe S 24 unter Berücksichtigung der zuletzt festgelegten Bandgeschwindigkeit für die gesamte Behandlungsstrecke die Steuergrößen berechnet, die den Anforderungen an das Erwärmen, Aufkohlen und Abkühlen des Bandes in jeder Behandlungszone einschließlich der Aufkohlungszone genügen. In dieser Stufe läuft die Berechnung inhaltlich ähnlich ab wie in der Stufe S 21, wenngleich die Bandgeschwindigkeit aufgrund der Form der Verteilung der Kohlenstoffkonzentration in Richtung der Banddicke nicht festgelegt und berechnet wird.Then, in stage S 24, taking into account the last determined strip speed, the control variables are calculated for the entire treatment section, which meet the requirements for heating, carburizing and cooling the strip in each treatment zone, including the carburizing zone. In this stage, the calculation is similar in content to stage S 21, although the strip speed is not determined and calculated due to the shape of the distribution of the carbon concentration in the direction of the strip thickness.

Bei der Erläuterung der Logik bezüglich der Aufkohlungszone 4 entfällt die Beschreibung der Steuerung der Bandtemperatur im Hinblick auf die vorgegebene Bandtemperatur, wenngleich man die Steuerung der Bandtemperatur in der Aufkohlungszone als inhaltsidentisch mit der Steuerung der Bandtemperatur in der Erwärmungszone 2 und der Ausgleichszone 3 ansehen kann.When explaining the logic relating to the carburizing zone 4, the description of the control of the strip temperature with regard to the specified strip temperature is omitted, although the control of the strip temperature in the carburizing zone can be regarded as identical in content to the control of the strip temperature in the heating zone 2 and the compensation zone 3.

Im folgenden wird die Steuerung der Aufkohlungsatmosphäre in der Aufkohlungszone des näheren erläutert.The control of the carburizing atmosphere in the carburizing zone is explained in more detail below.

Zunächst wird erläutert, wie sich unter Zugrundelegung der Werkstoffeigenschaften für das Stahlband ein preßverformbares Stahlband mit niedrigem AI, hohem BH-Wert und ausreichender Festigkeit unter den Bedingungen der Erfindung im Vergleich zu den Bedingungen eines herkömmlichen Aufkohlens und mit Hilfe der Parameter für die Aufkohlungsbedingungen herstellen läßt.First, it is explained how, based on the material properties for the steel strip, a press-formable steel strip with low AI, high BH value and sufficient strength can be produced under the conditions of the invention in comparison to the conditions of conventional carburizing and using the parameters for the carburizing conditions.

Beim herkömmlichen findet das Aufkohlen zum Oberflächenhärten im Hinblick auf bessere Verschleißeigenschaften und eine geringere Schlagempfindlichkeit einzelner Gegenstände in Gestalt eines sogenannten thermischen Vergütens statt, wie bei Zahnrädern, Wellen und Lagern etc. Dabei beträgt der Kohlenstoffgehalt des Ausgangsmaterials mindestens 0,05% und die Aufkohlungsmenge mindestens 0,1% bei einer Aufkohlungstiefe von mindestens 0,5 bis 1,5 mm. Dementsprechend lang ist die Aufkohlungszeit von 1 bis 5 Stunden. Unter diesen Bedingungen erreicht die Kohlenstoffkonzentration angesichts der Aufkohlungszeit die Gleichgewichtskonzentration und ist die Aufkohlungsgeschwindigkeit in dem diffusionsbestimmten Bereich des Diagramms der Fig. 3 angesiedelt, in dem die Aufkohlungsgeschwindigkeit der Diffusionsgeschwindigkeit im Stahl folgt. Demgemäß ist die Aufkohlungsgeschwindigkeit proportional der Quadratwurzel der Zeit. In diesem Bereich der Aufkohlungsgeschwindigkeit ist es erforderlich, das Kohlenstoffpotential (C-Potential) der Gasatmosphäre einzustellen, so daß die Diffusionsgeschwindigkeit im Stahl gleich der Geschwindigkeit der Oberflächenreaktion ist und die Gleichgewichtskonzentration des Kohlenstoffs im Stahl einen vorgegebenen Wert annimmt. Als aktueller Index für die Verfahrenssteuerung ist die Einstellung des Verhältnisses CO/CO&sub2; wichtig.In conventional carburizing, surface hardening takes place in order to improve wear properties and reduce the impact sensitivity of individual objects in the form of so-called thermal tempering, such as gears, shafts and bearings, etc. The carbon content of the starting material is at least 0.05% and the carburization amount is at least 0.1% with a carburization depth of at least 0.5 to 1.5 mm. The carburization time is accordingly long, from 1 to 5 hours. Under these conditions, the carbon concentration reaches the equilibrium concentration in relation to the carburization time and the carburization rate is located in the diffusion-determined region of the diagram in Fig. 3, in which the carburization rate follows the diffusion rate in the steel. Accordingly, the carburization rate is proportional to the square root of time. In this range of carburizing rate, it is necessary to adjust the carbon potential (C potential) of the gas atmosphere so that the diffusion rate in the steel is equal to the surface reaction rate and the equilibrium concentration of carbon in the steel takes a predetermined value. As an actual index for process control, the adjustment of the CO/CO₂ ratio is important.

Im Gegensatz dazu handelt es sich beim kontinuierlichen Bandaufkohlen nach der Erfindung im Falle des Bandes um ein Kontinuum aus einem ELC-Stahl und dient das Aufkohlen zur Verbesserung der Oberflächeneigenschaften des Bandes sowie der Materialeigenschaften insgesamt. Folglich beträgt der Kohlenstoffgehalt im Ausgangsmaterial allenfalls 200 ppm oder weniger und macht die Aufkohlungstiefe nur 50 bis 200 µm aus, wenn man den Aufkohlungsbedingungen für das Band die Daten der Werkstoffspezifikation zugrundegelegt (japanische Offenlegungsschrift Hei 3-199 344 etc.), die auf eine Verringerung der Versprödungsempfindlichkeit bei der Weiterverarbeitung gerichtet sind. Des weiteren beträgt die Aufkohlungszeit in Abhängigkeit von der Durchlaufgeschwindigkeit 120 Sekunden oder weniger. Unter diesen Bedingungen befindet sich, da die Kohlenstoffkonzentration in der Oberflächenschicht des Stahlbandes angesichts der Aufkohlungszeit die Gleichgewichtskonzentration nicht erreicht, wie sich aus den oben erwähnten Ausführungen von Yo u.a. ergibt, befindet sich die Aufkohlungsgeschwindigkeit in dem von der Oberflächenreaktion bestimmten Bereich der Fig. 3, in dem die Aufkohlungsgeschwindigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit an der Stahloberfläche folgt und die Aufkohlungsgeschwindigkeit zeitproportional ist. In dem von der Oberflächenreaktion regierten Bereich ist es erforderlich, da sowohl 4ie Aufkohlungsmenge als auch die Aufkohlungstiefe nicht gleichgewichtsabhängig sind, wie der betriebliche Verfahrensablauf zeigt, nicht nur das Verhältnis CO/CO&sub2; im Wege einer Steuerung des C-Potentials im Hinblick auf die Gleichgewichtskonzentration des Kohlenstoffs in der Oberflächenzone des Stahlbandes einzustellen, sondern auch, die Aufkohlungsbedingungen so zu wählen, daß die aufgrund der Werkstoffspezifikation des Stahlblechs festgelegte Aufkohlungsmenge zahlreiche Steuergrößen im Ofen berücksichtigt.In contrast, in the continuous strip carburizing according to the invention, the strip is a continuum of an ELC steel and the carburizing serves to improve the surface properties of the strip and the material properties as a whole. Consequently, the carbon content in the starting material is at most 200 ppm or less and the carburization depth is only 50 to 200 µm if the carburizing conditions for the strip are based on the data of the material specification (Japanese Laid-Open Patent Application Hei 3-199 344, etc.), which are aimed at reducing the sensitivity to embrittlement during further processing. Furthermore, the carburizing time is 120 seconds or less depending on the throughput speed. Under these conditions, since the carbon concentration in the surface layer of the steel strip does not reach the equilibrium concentration in view of the carburization time, as follows from the above-mentioned statements by Yo et al., the carburization rate is in the area determined by the surface reaction in Fig. 3, in which the carburization rate follows the reaction rate at the steel surface and the carburization rate is proportional to time. In the area governed by the surface reaction, since both the carburization amount and the carburization depth are not dependent on equilibrium, as the operational process shows, it is necessary not only to control the CO/CO₂ ratio by controlling the C potential in the with regard to the equilibrium concentration of carbon in the surface zone of the steel strip, but also to select the carburizing conditions in such a way that the carburizing amount determined on the basis of the material specification of the steel sheet takes into account numerous control variables in the furnace.

Darüber hinaus gibt es beim betrieblichen kontinuierlichen Glühen und Aufkohlen zahlreiche Fälle, wie beispielsweise im Algorithmus der Fig. 4 dargestellt, bei denen die Bandgeschwindigkeit von der Steuerung der Bandtemperatur her festgelegt wird, wie sie in den Wärmebehandlungszonen mit Ausnahme der Aufkohlungszone stattfindet. In weiteren Fällen muß die Bandgeschwindigkeit angesichts ihrer größten Ansprechgeschwindigkeit hinsichtlich verschiedener Verfahrensbedingungen gesteuert werden. Demgemäß müssen bei dem erfindungsgemäßen kontinuierlichen Aufkohlen, wenn die Bandgeschwindigkeit angesichts der Verfahrensbedingungen beim kontinuierlichen Glühen und Aufkohlen mit Ausnahme der Aufkohlungsphase beschränkt ist, die von der Werkstoffspezifikation des Stahlblechs vorgegebenen Aufkohlungsbedingungen bei der oben erwähnten Bandgeschwindigkeit so gewählt werden, daß diese der Aufkohlungsmenge Rechnung tragen.In addition, in the continuous annealing and carburizing operation, there are many cases, such as shown in the algorithm of Fig. 4, in which the strip speed is determined from the control of the strip temperature, which takes place in the heat treatment zones excluding the carburizing zone. In other cases, the strip speed must be controlled in view of its greatest response speed with respect to various process conditions. Accordingly, in the continuous carburizing according to the present invention, when the strip speed is limited in view of the process conditions in the continuous annealing and carburizing excluding the carburizing phase, the carburizing conditions specified by the material specification of the steel sheet at the above-mentioned strip speed must be selected so as to take into account the carburization amount.

Im folgenden werden die Grundsätze für den Aufbau der Logik in Übereinstimmung mit dem vom Host-Computer im Hinblick auf die Steuerung der Aufkohlungsmenge bei dem erfindungsgemäßen Verfahren gelieferten Algorithmus erläutert.The following describes the principles for constructing the logic in accordance with the control system used by the host computer to control the carburizing amount. The algorithm provided by the method according to the invention is explained.

Zunächst ist es zum Einstellen der Zusammensetzung der Gasatmosphäre in dem von der Oberflächenreaktion bestimmten Bereich erforderlich, das zuvor bereits beschriebene Entstehen von Ruß zu verhindern und gleichzeitig eine Erhöhung des Taupunkts zu vermeiden. Die Grundlagen für diese Zustände ergeben sich aus folgendem.First of all, in order to adjust the composition of the gas atmosphere in the range determined by the surface reaction, it is necessary to prevent the previously described formation of soot and at the same time to avoid an increase in the dew point. The basis for these conditions is as follows.

Im allgemeinen läßt sich die Zusammensetzung der Gasatmosphäre unter Aufkohlungsbedingungen aus dem chemischen Gleichgewicht entnehmen. Bei herkömmlichen Lösungen werden alle denkbaren Reaktionen aufgelistet und ergibt sich die Gaszusammensetzung im Wege einer Lösung nicht linearer simultaner Gleichungen aus der Gleichgewichtsbeziehung der Reaktionen. Es ist jedoch sehr schwierig, eine genaue Grenze für die Rußbildung alleine aus der Reaktionsformel des Gasphasen-Systems zu gewinnen.In general, the composition of the gas atmosphere under carburizing conditions can be determined from the chemical equilibrium. In conventional solutions, all conceivable reactions are listed and the gas composition is determined by solving non-linear simultaneous equations from the equilibrium relationship of the reactions. However, it is very difficult to obtain an exact limit for soot formation from the reaction formula of the gas phase system alone.

Die Erfindung geht daher, wie im folgenden beschrieben, von einer thermodynamischen Modellformel (Zusammensetzung der Gasatmosphäre) aus und kommt zu einer Zusammensetzung der Gasatmosphäre, die eine Rußbildung verhindert.The invention is therefore based, as described below, on a thermodynamic model formula (composition of the gas atmosphere) and arrives at a composition of the gas atmosphere that prevents soot formation.

Im Falle eines isothermen und isostatischen Systems verringert sich bei einem natürlich auftretenden Wechsel die Gibbssche freie Energie und nimmt im Gleichgewichtszustand im System einen Minimalwert an. Um den Gleichgewichtszustand der Gasatmosphäre unter Verwendung der sich daraus ergebenden Gibbsschen freien Energie als objektive Funktion für das gesamte System bei variabler Konzentration jeder Gaskomponente des Systems zu erhalten, ist es lediglich erforderlich, die Konzentration jeder Gaskomponente zu erhalten, die ein Minimum annimmt unter der einschränkenden Bedingung des Stoffeintrags und -austrags, bei dem elementare Komponenten konstant sind, die durch das Originalsystem eingebracht werden, insbesondere, unter der einschränkenden Bedingung, daß die Zusammensetzung der Gasatmosphäre und die in den Ofen eingespeiste Menge sowie die vom Metallband aus dem Ofen infolge der Aufkohlung ausgetragene Kohlenstoffmenge konstant sind. Die Konzentration der Gaskomponenten erreicht die Gleichgewichtszusammensetzung der Gasatmosphäre im Ofen bei einer gegebenen Ofentemperatur und einem gegebenen Druck im Ofen, und die rußbildende Kohlenstoffmenge wird in der nachfolgend beschriebenen Logik ausgedrückt als eine Art Kondensation.In the case of an isothermal and isostatic system, the Gibbs free energy decreases during a naturally occurring change and takes a minimum value in the equilibrium state in the system In order to obtain the equilibrium state of the gas atmosphere using the resulting Gibbs free energy as an objective function for the entire system with a variable concentration of each gas component of the system, it is only necessary to obtain the concentration of each gas component which assumes a minimum under the restrictive condition of the material input and output at which elemental components introduced by the original system are constant, in particular, under the restrictive condition that the composition of the gas atmosphere and the amount fed into the furnace as well as the amount of carbon discharged from the metal strip from the furnace as a result of carburization are constant. The concentration of the gas components reaches the equilibrium composition of the gas atmosphere in the furnace at a given furnace temperature and a given pressure in the furnace, and the amount of carbon forming soot is expressed in the logic described below as a kind of condensation.

Bei der rechnerischen Ermittlung der Zusammensetzung der Gasatmosphäre gibt es zwei Annahmen. Eine der beiden besteht darin, daß es sich bei dem Gas um ein ideales Gas handelt. Die andere Annahme ist, daß sich die durch den freien Kohlenstoff repräsentierte Kondensationsphase nicht mit dem Gas mischt. Unter diesen Annahmen läßt sich die gesamte freie Energie F(X) eines Gases und einer Kondensation durch die nachfolgende Gleichung (1) mit Bezug auf die freie Energie fgi der i. Art eines Gases und der freien Energie fgh der h. Art einer Kondensation ausdrücken: When calculating the composition of the gas atmosphere, there are two assumptions. One of the two is that the gas is an ideal gas. The other assumption is that the condensation phase represented by the free carbon does not mix with the gas. Under these assumptions, the total free energy F(X) of a gas and a condensation can be expressed by the following equation (1) with reference to the free energy fgi of the i. type of a gas and the free Energy fgh of the h. type of condensation can be expressed as:

wobei n die Zahl der Gase und p die Zahl der Kondensationen ist.where n is the number of gases and p is the number of condensations.

In dieser Hinsicht wird die freie Energie fgi des 1. Gases in bezug auf das gasförmige Produkt durch die nachfolgenden Gleichungen (2) bis (4) unter der Annahme ausgedrückt, daß die Zahl der Mole des einzelnen Gases xgi mit bezug auf die freie Energie cgi des i. Gases ist. In this regard, the free energy fgi of the 1st gas with respect to the gaseous product is expressed by the following equations (2) to (4) assuming that the number of moles of the individual gas is xgi with respect to the free energy cgi of the i. gas.

Andererseits wird, was das Kondensationsprodukt anbetrifft, da der Einfluß des Drucks und eines Vermischens ausgeklammert ist, unter den oben erwähnten Annahmen die freie Energie fch der h. Kondensation ausgedrückt durch die folgenden Gleichungen (5) und (6), und zwar unter der Annahme, daß die Zahl der Mole der betreffenden Kondensation xch mit Bezug auf die Molenergie Cch der h. Kondensation ist.On the other hand, as regards the condensation product, since the influence of pressure and mixing is excluded, under the above-mentioned assumptions, the free energy fch of the h. condensation is expressed by the following equations (5) and (6), assuming that the number of moles of the condensation in question is xch with respect to the molar energy Cch of the h. condensation.

fch = Xch Cch (5)fch = Xch Cch (5)

Cch = (F/(R T))ch (6)Cch = (F/(R T))ch (6)

In den Gleichungen (3) und (6) ist (F/(R T) durch die folgende Gleichung (7) festgelegt:In equations (3) and (6), (F/(R T) is defined by the following equation (7):

(F/(R T))i = ((F - H&sub2;&sub9;&sub8;)/T)i/R + ΔH&sup0;f.298,i/RT (7)(F/(R T))i = ((F - H298 )/T)i/R + ΔH0 f.298,i/RT (7)

Als nächstes werden der Stoffeintrag und -austrag in diesem System betrachtet. Auch wenn jede Menge einer Komponente im betrieblichen System geändert wird, ist die Gesamtmenge konstant, wenn jedes Element als atomare Einheit des Kohlenstoffs, Wasserstoffs, Stickstoffs und Sauerstoffs in den Komponenten der Gasatmosphäre betrachtet wird. Der Stoffeintrag und -austrag wird in der folgenden Gleichung (8) ausgedrückt: Next, the input and output of substances in this system are considered. Even if each amount of a component in the operating system is changed, the total amount is constant if each element is considered as an atomic unit of carbon, hydrogen, nitrogen and oxygen in the components of the gas atmosphere. The input and output of substances is expressed in the following equation (8):

Dabei istThis is

j = 1,2, ..., mj = 1,2, ..., m

agij: die Zahl der Atome des j. Elements in einem Molekül des i. Gases,agij: the number of atoms of the jth element in a molecule of the ith gas,

acjj: die Zahl der Atome des j. Elements in einem Molekül der i. Kondensation,acjj: the number of atoms of the jth element in a molecule of the i. condensation,

bj: die Menge des j. Elements im System undbj: the set of the jth element in the system and

m: die Zahl der verschiedenen Elemente im System.m: the number of different elements in the system.

Wie sich aus Fig. 14 bezüglich der Zusammensetzung des Gases im Ofen ergibt, befinden sich die rechnerischen Ergebnisse in guter Übereinstimmung mit den betrieblichen Meßwerten.As can be seen from Fig. 14 regarding the composition of the gas in the furnace, the calculated results are in good agreement with the operational measured values.

Als nächstes wird hinsichtlich der notwendigen Bedingungen der Zusammensetzung der Gasatmosphäre beim betrieblichen Aufkohlen die Kohlenstoffbilanz im Ofen wiedergegeben durch die folgenden Gleichungen (9) und (10). In dieser Hinsicht handelt es sich bei der Gleichung (10) um eine Funktion, die aus dem Eigenschaftsprofil des Werkstoffs und der Geschwindigkeit der Oberflächenreaktion errechnet wird.Next, regarding the necessary conditions of the composition of the gas atmosphere during operational carburizing, the carbon balance in the furnace is represented by the following equations (9) and (10). In this respect, equation (10) is a function calculated from the property profile of the material and the speed of the surface reaction.

Wgi = Wsc + Wgo (9)Wgi = Wsc + Wgo (9)

Wsc = ξ (V,t,w,LS)) (10)Wsc = ξ (V,t,w,LS)) (10)

Dabei bezeichnetHere,

Wgi: die Masse des Kohlenstoffs in dem in den Ofen eingespeisten Gas,Wgi: the mass of carbon in the gas fed into the furnace,

Wsc: die Masse des vom Band aus dem Ofen ausgetragenen Kohlenstoffs,Wsc: the mass of carbon discharged from the belt from the furnace,

Wgo: die Masse des vom Gas aus dem Ofen ausgetragenen Kohlenstoffs,Wgo: the mass of carbon removed from the furnace by the gas,

V: die Geschwindigkeit der Oberflächenreaktion,V: the rate of the surface reaction,

t: die Aufkohlungszeit undt: the carburizing time and

w: die Bandbreite.w: the bandwidth.

Auf diese Weise ist es im Wege einer Berechnung der Parameter der Gasatmosphäre auf der Basis einer thermodynamischen Modellformel (Zusammensetzung der Gasatmosphäre) unter Berücksichtigung des Stoffeintrags und -austrags beim betrieblichen Durchlaufaufkohlen im Aufkohlungsofen möglich, das Aufkohlungsvermögen der Gasatmosphäre im Vergleich mit den Parametern der Gasatmosphäre, wie sie sich ohne Berücksichtigung des Stoffeintrags und -austrags im Ofen ergeben, zu verbessern und gleichzeitig eine Rußbildung sicher zu verhindern. Dementsprechend läßt sich das betriebliche Leistungsvermögen verbessern, indem beispielsweise die Durchlaufgeschwindigkeit mit Hilfe einer höheren CO-Konzentration in der Gasatmosphäre erhöht wird.In this way, by calculating the parameters of the gas atmosphere on the basis of a thermodynamic model formula (composition of the gas atmosphere) taking into account the material input and output during continuous carburization in the carburizing furnace, it is possible to improve the carburizing capacity of the gas atmosphere in comparison with the parameters of the gas atmosphere that result without taking into account the material input and output in the furnace, and at the same time to reliably prevent soot formation. Accordingly, the operational performance can be improved by, for example, increasing the throughput speed with the help of a higher CO concentration in the gas atmosphere.

Als nächstes werden die Grundlagen beim Einstellen der Aufkohlungsmenge erläutert, bei der es sich um den Kern der Erfindung handelt.Next, the basics of adjusting the carburization amount, which is the core of the invention, are explained.

Die Oberflächenreaktion bei der Verwendung von Kohlenmonoxid als Gasatmosphäre ergibt sich aus den folgenden Gleichungen (11) bis (13).The surface reaction when using carbon monoxide as a gas atmosphere is given by the following equations (11) to (13).

CO [C] + O (11)CO [C] + O (11)

CO + O T CO&sub2; (12)CO + O T CO₂ (12)

Fe + [C] T Fe - C (Diffusion im Stahl) (13)Fe + [C] T Fe - C (diffusion in steel) (13)

Entsprechend dem bereits erwähnten Bericht von Yo u.a. erreichen die Aufkohlungsbedingungen den Gleichgewichtszustand nicht, wenn die Kohlenstoffkonzentration in der Randzone des Blechs sehr gering und die Dauer der Aufkohlung sehr kurz ist. Aus diesem Grunde ist anzunehmen, daß, da die Reaktionsgeschwindigkeit bei der Gleichung (13) größer ist als die Freisetzungsreaktion des adsorbierten Sauerstoffs gemäß Gleichung (2), diese Reaktion eine geschwindigkeitsbestimmende Reaktion ist und sich die Geschwindigkeit der Oberflächenreaktion V in diesem die Oberflächenreaktion bestimmenden Bereich durch die folgende Gleichung (14) ausdrücken läßt:According to the above-mentioned report by Yo et al., the carburizing conditions do not reach the equilibrium state if the carbon concentration in the edge zone of the sheet is very low. and the duration of carburization is very short. For this reason, it can be assumed that since the reaction rate in equation (13) is greater than the release reaction of the adsorbed oxygen according to equation (2), this reaction is a rate-determining reaction and the rate of the surface reaction V in this surface reaction-determining region can be expressed by the following equation (14):

V = k PCO (PCO/(PCO + (ac/K))), (14),V = k PCO (PCO/(PCO + (ac/K))), (14),

wobeiwhere

k : eine Reaktionskonstante, Pco: der CO-Partialdruck, ac: die Kohlenstoffaktivität und K: die Gleichgewichtskonstante ist.k : a reaction constant, Pco: the CO partial pressure, ac: the carbon activity and K: the equilibrium constant.

Die Gleichung (14) berücksichtigt jedoch nicht den Einfluß des Wasserstoffs. Was die Reaktionsgleichung bezüglich des Wasserstoffs anbetrifft, so tritt die folgende Gleichung (15) an die Stelle der Reaktionsgleichung (12):However, equation (14) does not take into account the influence of hydrogen. As far as the reaction equation regarding hydrogen is concerned, the following equation (15) replaces the reaction equation (12):

CO + H&sub2; + 2O T CO&sub2; + H&sub2;O (15)CO + H2 + 2O T CO&sub2; + H2 O (15)

Des weiteren läuft bezüglich des entstehenden CO&sub2; die folgende Gleichung (16) ab.Furthermore, the following equation (16) applies to the resulting CO₂.

H&sub2; + CO&sub2; H&sub2;O + CO (16)H&sub2; + CO2 H2O + CO (16)

Auf der Basis dieser Reaktionsgleichungen und im Hinblick auf die Tatsache, daß Wasserstoff die Aufkohlungsreaktion fördert, ergibt sich die Geschwindigkeit V der grundlegenden Oberflächenreaktion aus der folgenden Gleichung (17):Based on these reaction equations and considering the fact that hydrogen promotes the carburizing reaction, the rate V of the basic surface reaction is given by the following equation (17):

V = k, f&sub1; (PCO, PH&sub2; θo), (17),V = k, f&sub1; (PCO, PH2 ?o), (17),

in der wie θo die Geschwindigkeit des Entstehens eines Überzugs aus adsorbiertem Sauerstoff ist.where θo is the rate of formation of a coating of adsorbed oxygen.

Des weiteren wird die Aufkohlungsreaktion, wenn die Konzentration des Kohlenmonoxids und des Wasserstoffs in der durch die Aufkohlung erzeugten Gasatmosphäre hoch ist (beispielsweise CO/CO&sub2; ≤ 50) durch die Reaktion entsprechend den folgenden Gleichungen (18) und (19) gestört:Furthermore, when the concentration of carbon monoxide and hydrogen in the gas atmosphere generated by carburization is high (for example, CO/CO2 ≤ 50), the carburizing reaction is disturbed by the reaction according to the following equations (18) and (19):

V = k&sub1; f&sub1; (PCO, PH&sub2; θo) x α f&sub3; (PCO, PCO&sub2;) (20)V = k&sub1;f&sub1; (PCO, PH2 ?o) x ? f&sub3; (PCO, PCO2 ) (20)

V k1 f1 (PCO, PH&sub2;, θo) - k&sub2; f&sub2; (PCO&sub2;, PH&sub2;O), (21)V k1 f1 (PCO, PH2 , θo) - k2 f&sub2; (PCO2 , PH2 O), (21)

worin α: konstant und k&sub1; sowie k&sub2;: Geschwindigkeitskonstanten der Reaktion sind.where α: constant and k₁ and k₂: are rate constants of the reaction.

Die Geschwindigkeitskonstanten k&sub1; und k&sub2; lassen sich nach der folgenden Gleichung (22) bestimmen:The rate constants k₁ and k₂ can be determined according to the following equation (22):

k&sub1; = Ai exp ( - Ei/RT) (22)k&sub1; = Ai exp ( - Egg/RT) (22)

worin Ai : der Frequenzfaktor, Ei : die Aktivierungsenergie, R: die Gaskonstante und T: die absolute Temperatur bedeuten.where Ai : the frequency factor, Ei : the activation energy, R: the gas constant and T: the absolute temperature.

Da es sich bei dem Frequenzfaktor Ai, der Aktivierungsenergie Ei und der Gaskonstante R um Konstanten handelt, werden die Geschwindigkeitskonstanten k&sub1; und k&sub2; aus experimentell gewonnenen Werten unter der Bedingung verschiedener absoluter Temperaturen T errechnet. Fig. 5 gibt die experimentell ermittelte Konstante k&sub1; der Reaktionsgeschwindigkeit wieder.Since the frequency factor Ai, the activation energy Ei and the gas constant R are constants, the rate constants k₁ and k₂ are calculated from experimentally obtained values under the condition of different absolute temperatures T. Fig. 5 shows the experimentally determined constant k₁ of the reaction rate.

Ist es lediglich erforderlich, die Kohlenmonoxidkonzentration zu betrachten, beispielsweise wenn die Zuströmgeschwindigkeit des Gases groß ist, dann läßt sich die Gleichung (14) als Formel für die Geschwindigkeit der Oberflächenreaktion benutzen.If it is only necessary to consider the carbon monoxide concentration, for example if the inflow velocity of the gas is high, then equation (14) can be used as a formula for the velocity of the surface reaction.

Als nächstes wird die Diffusion des in fester Lösung befindlichen Kohlenstoffs erläutert, bei der die Diffusion im Stahl als Modell angenommen wird, um die gewünschte Verteilung der Kohlenstoffkonzentration zu erhalten. Den Diffusionszustand des Kohlenstoff im Stahl repräsentiert die Modellformel für die Kohlenstoffdiffusion der folgenden Gleichung (23) auf der Basis des Fickschen Gesetzes:Next, the diffusion of carbon in solid solution is explained, where the diffusion in steel is taken as a model to obtain the desired distribution of carbon concentration. The diffusion state of carbon in steel is represented by the model formula for carbon diffusion of the following equation (23) based on Fick's law:

dC/dt = D d²C/dx² (23),dC/dt = D d²C/dx² (23),

worin C : die Kohlenstoffkonzentration im Stahl, t: die Zeit, D: der Diffusionskoeffizient und X: die Diffusionsdistanz ist.where C : the carbon concentration in the steel, t: the time, D: the diffusion coefficient and X: the diffusion distance.

Der Diffusionskoeffizient D ergibt sich aus der Arrheniusschen Formel der folgenden Gleichung (24), die bei dem Ausführungsbeispiel näherungsweise durch betriebliche Meßdaten repräsentiert wird.The diffusion coefficient D results from the Arrhenius formula of the following equation (24), which in the embodiment is approximately represented by operational measurement data.

D = exp (a T&supmin;¹ + b), (24)D = exp (a T⁻¹ + b), (24)

worin T : die Aufkohlungstemperatur, A: ein Proportinalitätskoeffizient und b: eine Konstante ist.where T : the carburizing temperature, A: a proportionality coefficient and b: a constant.

Dementsprechend läßt sich die Aufkohlungsmenge im Stahlblech nach den Gleichungen (17) oder (21) oder (22) und (23) berechnen. Das bedeutet, daß unter der Voraussetzung einer konstanten Aufkohlungsmenge, wenn die Aufkohlungskonzentration an einem Punkt der gewünschten Verteilung der Kohlenstoffkonzentration herausgegriffen wird, die vorerwähnte Modellformel der Kohlenstoffdiffusion benutzt wird, und daß selbst dann, wenn die Aufkohlungsmenge verschieden ist, wenn die Aufkohlungskonzentration an zwei oder mehr Punkten der gewünschten Verteilung der Kohlenstoffkonzentration herausgegriffen wird. Des weiteren wird, wie oben beschrieben, wenn die Durchlaufgeschwindigkeit durch die Verfahrensbedingungen außer bei der Aufkohlung beschränkt ist, weil die Aufkohlungszeit t auf einen Wert festgelegt ist, der sich durch Teilung der wirksamen Länge L des Aufkohlungsofens durch die Durchlaufgeschwindigkeit LS ergibt, der berechnete Wert bei der Integration der Gleichung (23) über die Aufkohlungszeit angewandt.Accordingly, the carburization amount in the steel sheet can be calculated according to equations (17) or (21) or (22) and (23). That is, under the assumption of a constant carburization amount, when the carburization concentration at one point of the desired carbon concentration distribution is taken out, the above-mentioned carbon diffusion model formula is used, and even if the carburization amount is different, when the carburization concentration is taken out at two or more points of the desired carbon concentration distribution. Furthermore, as described above, when the passage speed is limited by the process conditions other than carburization, because the carburization time t is set to a value obtained by dividing the effective length L of the carburizing furnace by the passage speed LS, the calculated value is applied in integrating equation (23) over the carburization time.

Die Fig. 6 zeigt ein Fließbild des Algorithmus zur Bestimmung der Aufkohlungsbedingungen, mit dem die oben erwähnten Rechnungen schrittweise mit Hilfe eines Programms durchgeführt werden, das zuvor im Host-Computer abgespeichert wird. Unter dieser Aufkohlungsbedingung fällt die Spezifikation des Stahlblechs nach dem Aufkohlen, d.h. die Aufkohlungsmenge im Band, die sich aus der gewünschten Verteilung der Kohlenstoffkonzentration ergibt, bei dem Ausführungsbeispiel mit der aus der verringerten Kohlenstoffmenge in der Gasatmosphäre rechnerisch ermittelten Aufkohlungsmenge im Band zusammen.Fig. 6 shows a flow chart of the algorithm for determining the carburizing conditions, by which the above-mentioned calculations are carried out step by step using a program previously stored in the host computer. Under this carburizing condition, the specification of the steel sheet after carburizing, i.e. the carburization amount in the strip, which results from the desired distribution of the carbon concentration, coincides with the carburization amount in the strip calculated from the reduced amount of carbon in the gas atmosphere in the embodiment.

Zunächst werden in der Stufe S 1 von den festgelegten Bedingungen, die als Spezifikation des Stahlblechs nach dem Aufkohlen vorgegeben sind, die Bedingungen wie die Zusammensetzung der Gasatmosphäre, die Strömungsgeschwindigkeit bzw. Menge des einströmenden Gases, die Aufkohlungstemperatur und die Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes sowie von dem Stahlblechfaktor und von der Verteilung der Kohlenstoffkonzentration die Bedingungen wie die Kohlenstoffkonzentration C, in einem ausgewählten Abstand X, von der Bandoberfläche eingelesen. Darüber hinaus wird hier die Bandgeschwindigkeit repräsentiert durch LS, und dies ist ein Parameter, der anschließend modifiziert wird.First, in the S 1 step, from the specified conditions given as the specification of the steel sheet after carburizing, the conditions such as the composition of the gas atmosphere, the flow rate or amount of the inflowing gas, the carburizing temperature and the passing speed of the strip, as well as from the steel sheet factor and the distribution of the carbon concentration, the conditions such as the carbon concentration C, at a selected distance X, from the strip surface are read in. In addition, the strip speed is represented here by LS, and this is a parameter that is subsequently modified.

Als nächstes werden in der Stufe S 2 aufgrund der Blechspezifikation eine Aufkohlungsmenge ΔC im Stahlblech festgelegt, und eine Kohlenstoffmenge je Zeiteinheit, die das Blech aus dem Aufkohlungsofen austrägt, berechnet.Next, in stage S 2, a carburization amount ΔC in the steel sheet is determined based on the sheet specification, and a carbon amount per Time unit that the sheet is discharged from the carburizing furnace is calculated.

Alsdann wird in der Stufe S 3 die oben erwähnte Modellformel der Zusammensetzung der Gasatmosphäre aufgrund der in der Stufe S 1 eingelesenen Gasatmosphäre festgelegt.Then, in stage S 3, the above-mentioned model formula of the composition of the gas atmosphere is determined on the basis of the gas atmosphere read in stage S 1.

Sodann wird in der Stufe S 4 in Übereinstimmung mit der Modellformel für die Zusammensetzung der Gasatmosphäre der Stufe S 3 unter Berücksichtung der Konzentration jeder Komponente der Gasatmosphäre die vom Band aus dem Aufkohlungsofen ausgetragene Kohlenstoffmenge berechnet.Then, in stage S 4, the amount of carbon discharged from the carburizing furnace by the strip is calculated in accordance with the model formula for the composition of the gas atmosphere in stage S 3, taking into account the concentration of each component of the gas atmosphere.

In der Stufe S 5 wird dann auf Basis der Gleichung (17) die Geschwindigkeit der Oberflächenreaktion des Stahlbandes berechnet.In stage S 5, the speed of the surface reaction of the steel strip is then calculated based on equation (17).

In der Stufe S 6 wird schließlich auf Basis der Gleichung (23) die Aufkohlungsgeschwindigkeit im Stahl sowie die Menge des in den Stahl diffundierten Kohlenstoffs berechnet.Finally, in stage S 6, the carburization rate in the steel and the amount of carbon diffused into the steel are calculated based on equation (23).

Alsdann wird, für den Fall, daß die Zeit für die Aufkohlungsbehandlung abgelaufen ist, die Stufe S 7 verwirklicht, und die Geschwindigkeit der Oberflächenreaktion oder die Menge des je Zeit- und Flächeneinheit diffundierten Kohlenstoffs, rechnerisch ermittelt in der Stufe S 5 oder S 6, über die Behandlungszeit und die gesamte Oberfläche des Stahlbands integriert und die Aufkohlungsmenge ΔC' im Stahlband berechnet.Then, if the time for the carburizing treatment has expired, step S 7 is carried out and the speed of the surface reaction or the amount of carbon diffused per unit time and area, calculated in step S 5 or S 6, is calculated over the treatment time and the entire surface of the steel strip and the carburization amount ΔC' in the steel strip is calculated.

In der Stufe S 8 wird dann der Absolutwert der Differenz zwischen der festgelegten Aufkohlungsmenge ΔC und der rechnerisch ermittelten Aufkohlungsmenge ΔC' dahingehend geprüft, ob er kleiner ist als ein vorgegebener Wert a oder nicht, und wenn der absolute Differenzwert kleiner ist, geht der vorgegebene Wert a ein in die Stufe S 10 oder, falls nicht, in die Stufe S 9.In stage S 8, the absolute value of the difference between the specified carburization amount ΔC and the calculated carburization amount ΔC' is then checked to see whether it is smaller than a specified value a or not, and if the absolute difference value is smaller, the specified value a goes into stage S 10 or, if not, into stage S 9.

In der Stufe S 9 wird auf der Basis der oben erwähnten Aufkohlungsmenge die festgelegte Aufkohlungsmenge aufgrund der folgenden Gleichung (25) korrigiert und gelangt in die Stufe 5 3:In stage S 9, based on the above-mentioned carburization amount, the specified carburization amount is corrected using the following equation (25) and enters stage 5 3:

ΔC = ΔC + (ΔC' - ΔC) x b, (25),ΔC = ΔC + (ΔC' - ΔC) x b, (25),

worin b : eine Konstante ist.where b : is a constant.

Dementsprechend findet der Übergang in die Stufes 10 statt, wenn die gesamte aus dem Aufkohlungsofen ausgetragene Kohlenstoffmenge und die gesamte Aufkohlungsmenge einander gleich sind, d.h. wenn der Stoffeintrag und -austrag des Aufkohlungsofens erfüllt sind in die Stufe S 10 über.Accordingly, the transition to stage 10 takes place when the total amount of carbon discharged from the carburizing furnace and the total amount of carburization are equal to each other, i.e. when the material input and output of the carburizing furnace are fulfilled in stage S 10.

In der Stufe S 10 wird der Absolutwert der Differenz zwischen der vorgegebenen Aufkohlungsmenge ΔC&sub0; und der festgelegten Aufkohlungsmenge ΔC dahingehend geprüft, ob er kleiner als ein vorgegebener Wert ist oder nicht, und wenn der Absolutwert der Differenz kleiner ist als der vorgegebene Wert d, findet der Übergang in die Stufe S 12 statt, wenn nicht in die Stufe S 11.In step S 10, the absolute value of the difference between the predetermined carburization amount ΔC₀ and the specified carburization amount ΔC is checked to see whether it is smaller than a predetermined value or not, and if the absolute value of the difference is smaller than the specified value d, the transition to stage S 12 takes place, if not to stage S 11.

In der Stufe S 11 wird, um die aufgrund der angenommenen Bedingung für die Verteilung der Kohlenstoffkonzentration festgelegte Aufkohlungsmenge zu erhalten, jede einzelne oder auch mehrere Parameter der Strömungsgeschwindigkeit des Gases der Gasatmosphäre, der Zusammensetzung der Gasatmosphäre, der Bandgeschwindigkeit und der Aufkohlungstemperatur geändert und schließt sich die Stufe S 2 an. Hier braucht, wenn die Bandgeschwindigkeit LS korrekt ist, zur Korrektur des Unterschieds zwischen der vorgegebenen Aufkohlungsmenge ΔC&sub0; und der festgelegten Aufkohlungsmenge ΔC lediglich beispielsweise aufgrund der folgenden Gleichung (26) die Bandgeschwindigkeit LS, wenn sie korrigiert werden muß, berechnet zu werden:In step S 11, in order to obtain the carburization amount specified based on the assumed carbon concentration distribution condition, any one or more parameters of the gas flow rate of the gas atmosphere, the composition of the gas atmosphere, the belt speed and the carburization temperature are changed, and step S 2 follows. Here, if the belt speed LS is correct, in order to correct the difference between the specified carburization amount ΔC₀ and the specified carburization amount ΔC, the belt speed LS, if it needs to be corrected, only needs to be calculated, for example, based on the following equation (26):

LS = LS + (ΔC - ΔC&sub0;) x d', (26),LS = LS + (ΔC - ΔC0 ) x d', (26),

worin d' : eine Konstante ist.where d' : is a constant.

In der Stufe S 12 wird in Übereinstimmung mit dem in der Stufe S 6 festgelegten Modell der Diffusion im Stahl eine Kohlenstoffkonzentration C'&sub1; in einem gewählten Abstand X, von der Bandoberfläche berechnet.In step S 12, a carbon concentration C'₁ at a selected distance X from the strip surface is calculated in accordance with the model of diffusion in the steel defined in step S 6.

Alsdann wird in der Stufe S 13 geprüft, ob der Absolutwert der Differenz zwischen der in der Stufe S 1 eingelesenen Kohlenstoffkonzentration C&sub1; im gewählten Abstand X, von der Bandoberfläche und der in der Stufe S 12 berechneten Kohlenstoffkonzentration C'&sub1; im gewählten Abstand X, von der Bandoberfläche geringer als ein vorgegebener Wert e ist oder nicht und, wenn der Absolutwert der Differenz kleiner ist als der vorgegebene Wert, findet der Übergang in die Stufe S 15, und wenn nicht in die Stufe S 14 statt.Then, in step S 13, it is checked whether the absolute value of the difference between the carbon concentration C₁ read in step S 1 at the selected distance X from the strip surface and the carbon concentration C'₁ calculated in step S 12 at the selected distance X from the strip surface is less than a predetermined value e or not and, if the absolute value of the difference is less than the predetermined value, the transition to step S 15 takes place, and if not, to step S 14.

In der Stufe S 14 wird, um die aufgrund der Bedigung für die Verteilung der Kohlenstoffkonzentration festgesetzte Aufkohlungsmenge zu erhalten, einer oder mehrere der Parameter der Zusammensetzung der Gasatmosphäre, der Bandtemperatur und der Aufkohlungstemperatur geändert und geht über in die Stufe S 2.In stage S 14, in order to obtain the carburization amount determined based on the condition for the distribution of the carbon concentration, one or more of the parameters of the composition of the gas atmosphere, the strip temperature and the carburization temperature are changed and proceed to stage S 2.

In der Stufe S 15 werden jeder festgelegte Wert der Konzentration der Komponenten der Gasatmosphäre oder der Bandgeschwindigkeit oder der Aufkohlungstemperatur als Ergebnis der vorerwähnten Berechnung in Übereinstimmung mit dem Ziel der Steuerung ausgegeben und gleichzeitig die rechnerisch ermittelten Ergebnisse wie die gesamte Aufkohlungsmenge, die mittlere Aufkohlungsmenge und die Kohlenstoffverteilung etc. ausgegeben. Das Programm ist dann vollständig.In the step S 15, each specified value of the concentration of the components of the gas atmosphere or the belt speed or the carburizing temperature is output as a result of the above-mentioned calculation in accordance with the purpose of control, and at the same time, the calculated results such as the total carburizing amount, the average carburizing amount and the carbon distribution, etc. are output. The program is then complete.

In dem Fließbild der Fig. 6 stellt die Gasgeschwindigkeit bzw. -menge wie oben bereits beschrieben, auf der Seite des Einbringens eine variable Steuergröße für eine Änderung der CO&sub2;- und der H&sub2;O- Konzentration in der Ofenatmosphäre dar. Was die Steuergrößen anbetrifft, sollte die Zusammensetzung der Ofenatmosphäre ähnlich wie die in den Ofen eingespeiste CO + H&sub2;-Menge dazugehören.In the flow diagram of Fig. 6, the gas velocity or quantity as described above, on the feeding side represents a variable control variable for changing the CO₂ and H₂O concentration in the furnace atmosphere. As far as the control variables are concerned, the composition of the furnace atmosphere should be included, similarly to the amount of CO + H₂ fed into the furnace.

Das Diagramm der Fig. 7 zeigt in Gestalt der ausgezogenen Linie für jede Temperatur die Rußgrenze, die unter Berücksichtigung des Stoffeinbringens und -ausbringens unter betrieblichen Bedingungen, d.h. einer Bandgeschwindigkeit LS von 200 mpm, einer Banddicke D von 0,75 mm, einer Bandbreite von 140 mm und einer Gasmenge von 100 Nm³/h nach dem Programm berechnet wurde. Das Diagramm der Fig. 7 zeigt des weiteren in Gestalt einer unterbrochenen Linie die obere Taupunktgrenze. Des weiteren gibt die strichpunktierte Linie die Rußgrenze wieder, wenn der Stoffeintrag und -austrag nicht berücksichtigt wird, und schließlich kennzeichnet die Schraffierung im Diagramm der Fig. 7 einen betrieblichen Arbeitsbereich für die Aufkohlung.The diagram in Fig. 7 shows the soot limit for each temperature in the form of a solid line, which was calculated according to the program taking into account the material input and output under operational conditions, i.e. a belt speed LS of 200 mpm, a belt thickness D of 0.75 mm, a belt width of 140 mm and a gas quantity of 100 Nm³/h. The diagram in Fig. 7 also shows the upper dew point limit in the form of a broken line. Furthermore, the dash-dotted line shows the soot limit if the material input and output are not taken into account, and finally the hatching in the diagram in Fig. 7 indicates an operational working range for carburization.

Im einzelnen zeigt das Diagramm der Fig. 7 mit der Rußgrenze unter Berücksichtigung des Stoffeintrags- und -austrags einerseits im Vergleich mit der Rußbildungsgrenze ohne Berücksichtigung des Stoffeintrags und -austrags andererseits, daß sich sowohl die CO- als auch die H&sub2;-Konzentration erhöhen. Somit erhöht sich die Aufkohlungsrate mit zunehmender Konzentration. Auf der anderen Seite ist, folgt man dem Verlauf der Kurven für die Rußgrenze, die CO- und H&sub2;-Konzentration um so größer, je höher die Aufkohlungstemperatur ist. Demgemäß hängt die Wirksamkeit der Aufkohlung insgesamt auch von der Temperatur ab. Umgekehrt ergibt sich, wenn die Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes groß ist, daß der Grad der Handlungsfreiheit ebenfalls groß ist und erlaubt, die Ofentemperatur zu erhöhen, soweit die Werkstoffeigenschaften dies erlauben. Auf diese Weise vergrößert sich beim betrieblichen Durchlaufaufkohlen der Bereich zulässiger Bedigungen. Natürlich kommt es auch dann, wenn sich der Betriebszustand an der Rußgrenze ohne Berücksichtigung des Stoffeintrags und -austrags befindet, nicht zu einer Rußbildung. Jedoch wird der Grad der Freiheit bei der Wahl der Betriebsbedingungen verringert und der Bereich möglicher Verfahrensbedingungen eingeengt.In detail, the diagram in Fig. 7 with the soot limit taking into account the material input and output on the one hand, compared with the soot formation limit without taking into account the material input and output on the other hand, shows that both the CO and H₂ concentration increase. Thus, the carburization rate increases with increasing concentration. On the other hand, if one follows the course of the curves for the soot limit, the CO and H₂ concentration is greater the higher the carburizing temperature is. Accordingly, the overall effectiveness of carburizing also depends on the temperature. Conversely, if the belt speed is high, the degree of freedom of action is also great and allows the furnace temperature to be increased as far as the material properties allow. In this way, the range of permissible conditions for continuous carburizing in operation is increased. Of course, even if the operating condition is at the soot limit without taking into account the material input and output, soot formation does not occur. However, the degree of freedom in choosing the operating conditions is reduced and the range of possible process conditions is narrowed.

Des weiteren zeigt das Diagramm der Fig 8 den Zusammenhang zwischen der nach dem Programm rechnerisch ermittelten Aufkohlungsmenge, d.h. im Falle einer Änderung jeder Steuergröße einerseits und der betrieblich gemessenen Aufkohlungsmenge andererseits. Aus dem Diagramm ergibt sich, daß die rechnerische Aufkohlungsmenge und der tatsächlich gemessene Wert im wesentlichen zusammenfallen. Dies bedeutet, daß die Wahl der Aufkohlungsrate, d.h. die Geschwindigkeit der Oberflächenreaktion, und die Wahl des Temperaturabhängigkeitskoeffizienten korrekt sind. Des weiteren zeigt sich, daß sich, soweit die Wahl der Geschwindigkeit der Oberflächenreaktion korrekt ist, das erfindungsgemäße Durchlaufaufkohlen in einem weiten Bereich einsetzen läßt, in dem die Aufkohlungsgeschwindigkeit der Geschwindigkeit der Oberflächenreaktion folgt, die größer als die Diffusionsgeschwindigkeit ist.Furthermore, the diagram in Fig. 8 shows the relationship between the carburization amount calculated according to the program, ie in the case of a change in each control variable on the one hand, and the carburization amount measured during operation on the other. The diagram shows that the calculated carburization amount and the actually measured value essentially coincide. This means that the choice of the carburization rate, ie the speed of the surface reaction, and the choice of the temperature dependency coefficient are correct. Furthermore, it can be seen that, as long as the choice of the speed of the surface reaction is correct, the continuous carburization according to the invention can be used in a wide range in which the Carburization rate follows the rate of surface reaction, which is greater than the diffusion rate.

Des weiteren werden unter Zugrundelegung des Diagramms der Fig. 9 konkrete, nach dem Programm berechnete Rechenbeispiele der Steuergrößen für die Aufkohlungsmenge des näheren erläutert.Furthermore, concrete calculation examples of the control variables for the carburization quantity calculated according to the program are explained in more detail on the basis of the diagram in Fig. 9.

Hierbei wurden, ausgehend von den in der Stufe S 1 eingelesenen Blecheigenschaften, beispielsweise der Blechdicke, in der Stufe S 2 als Zielvorstellung die vorgegebene Aufkohlungsmenge, wie sich aus Fig. 9 ergibt, und gleichzeitig der Toleranzbereich der Blechdicke ermittelt. Des weiteren wurde in der Stufe S 1 die vorgesehene Aufkohlungstemperatur aufgrund der Werkstoffeigenschaften des Stahlblechs ermittelt.Based on the sheet properties read in stage S 1, for example the sheet thickness, the specified carburization quantity, as shown in Fig. 9, and at the same time the tolerance range of the sheet thickness were determined in stage S 2. Furthermore, the intended carburization temperature was determined in stage S 1 based on the material properties of the steel sheet.

Dementsprechend wurden in den Stufen S 3 und S 4 die CO- und die H&sub2;-Konzentration als Bedingungen für die Gasatmosphäre zur Unterdrückung einer Rußbildung festgelegt.Accordingly, in stages S 3 and S 4, the CO and H₂ concentrations were set as conditions for the gas atmosphere to suppress soot formation.

Unter der Annahme, daß in der Praxis die Steuergenauigkeit der Konzentration der Gaskomponenten + 0,3% ist, wurden entsprechend den Gleichungen (17) bis (23) in den Stufen S 3 bis S 11, wie das Diagramm der Fig. 9 veranschaulicht, die angestrebte Aufkohlungszeit sowie gleichzeitig der Toleranzbereich für Abweichungen der Aufkohlungszeit ermittelt.Assuming that in practice the control accuracy of the concentration of the gas components is + 0.3%, the target carburizing time and at the same time the tolerance range for deviations in the carburizing time were determined according to equations (17) to (23) in the stages S 3 to S 11, as illustrated in the diagram in Fig. 9.

Sodann wurde mit Bezug auf die Länge der Aufkohlungszone, da die Durchlaufgeschwindigkeit sich wie folgt ergibt:Then, with reference to the length of the carburization zone, the throughput speed is as follows:

Bandgeschwindigkeit = Länge der Aufkohlungszone im Ofen/AufkohlungszeitBelt speed = length of the carburizing zone in the furnace/carburizing time

in der Stufe S 12 die vorgesehene Bandgeschwindigkeit und ihr Toleranzbereich ermittelt sowie ausgegeben.In stage S 12 the intended belt speed and its tolerance range are determined and output.

Auf diese Weise wurde zum Zeitpunkt der Ermittlung der Aufkohlungsmenge und der Zusammensetzung der Gasatmosphäre in der Schleife der Stufen S 10 und S 11 die Aufkohlungszeit (Bandgeschwindigkeit) ermittelt.In this way, the carburizing time (belt speed) was determined at the time of determining the carburizing amount and the composition of the gas atmosphere in the loop of stages S 10 and S 11.

Wie oben beschrieben, ist es nach der Erfindung in dem Bereich mit der von der Geschwindigkeit der Oberflächenreaktion bestimmten Aufkohlungsgeschwindigkeit möglich, die von den Blecheigenschaften her verlangten verschiedenen Aufkohlungsbedingungen für die notwendige Aufkohlungsmenge hinsichtlich der gesamten Verfahrensbedingungen zu optimieren und die Steuermaßnahmen vollständig zu automatisieren, die bei herkömmlichen Verfahren auf Versuchen basieren.As described above, according to the invention, in the range with the carburization rate determined by the speed of the surface reaction, it is possible to optimize the various carburization conditions required by the sheet properties for the necessary carburization amount with respect to the overall process conditions and to fully automate the control measures which are based on experiments in conventional processes.

Des weiteren werden anhand des Diagramms der Fig. 10 für den Fall einer durch die Verfahrensbedingungen mit Ausnahme der Aufkohlung begrenzten Bandgeschwindigkeit die nach dem Programm berechneten Rechenbeispiele der Steuergrößen für die Aufkohlungsmenge des näheren erläutert.Furthermore, the diagram in Fig. 10 shows the values calculated according to the program for the case of a strip speed limited by the process conditions with the exception of carburization. Calculation examples of the control variables for the carburization quantity are explained in more detail.

Hierbei wurden beispielsweise aufgrund der in der Stufe S 1 eingelesenen Blecheigenschaften wie die Blechdicke oder dergleichen in der Stufe S 2 als Zielvorgabe die vorgegebene Aufkohlungsmenge bestimmt. Außerdem wurde in der Stufe S 1 auf der Basis der Werkstoffeigenschaften des Stahlblechs die Aufkohlungstemperatur als Zielgröße ermittelt. Des weiteren wurde die Aufkohlungszeit in der Weise errechnet, daß die für die Aufkohlung wirksame Ofenlänge durch die Bandgeschwindigkeit dividiert wurde.For example, the specified carburization quantity was determined as a target in stage S 2 based on the sheet properties read in stage S 1, such as the sheet thickness or the like. In addition, the carburization temperature was determined as a target value in stage S 1 based on the material properties of the steel sheet. Furthermore, the carburization time was calculated by dividing the furnace length effective for carburization by the belt speed.

Als nächstes wurden in den Stufen S 3 und 5 4 die oberen Grenzen für die CO- und die H&sub2;-Konzentration als Bedingungen der Gasatmosphäre zur Unterdrückung einer Rußbildung ermittelt.Next, in steps S 3 and 5 4, the upper limits for the CO and H₂ concentrations as conditions of the gas atmosphere for suppressing soot formation were determined.

Im Gegensatz dazu wurden in den Stufen S 3 bis S 9 des Fließbildes die Formel für die Geschwindigkeit der Oberflächenreaktion und die Modellformel für die Diffusion im Stahl ermittelt und aufgrund dieser Formeln die CO-, die H&sub2;-, die CO&sub2;- und H&sub2;O-Konzentration ermittelt, die erforderlich sind, um die erforderliche Aufkohlungsmenge zu erreichen.In contrast, in steps S 3 to S 9 of the flow sheet, the formula for the rate of the surface reaction and the model formula for the diffusion in the steel were determined and, based on these formulas, the CO, H₂, CO₂ and H₂O concentrations required to achieve the required carburization amount were determined.

Dementsprechend wird, wie das Diagramm der Fig. 10 zeigt, die Zusammensetzung der Gasatmosphäre beispielsweise so gesteuert, daß sich die CO-Konzentration in der Gasatmosphäre erhöht, wenn sich die vorgegebene Aufkohlungsmenge vergrößert, während im Falle einer geringeren vorgegebenen Aufkohlungsmenge oder einer Erhöhung der Aufkohlungszeit die Gasatmosphäre so gesteuert wird, daß sich beispielsweise die CO-Konzentration in der Gasatmosphäre verringert.Accordingly, as shown in the diagram of Fig. 10, the composition of the gas atmosphere is controlled, for example, such that the CO concentration in the gas atmosphere increases as the predetermined carburization amount increases, while in the In the case of a smaller predetermined carburization quantity or an increase in the carburization time, the gas atmosphere is controlled in such a way that, for example, the CO concentration in the gas atmosphere is reduced.

In dieser Hinsicht können als Möglichkeit die Zusammensetzung des den Aufkohlungsofen verlassenden Gases bei der Aufkohlungstemperatur beispielsweise hinsichtlich der CO + H&sub2;-Konzentration, das Verhältnis der CO-Menge und der H&sub2;-Menge in dem in den Aufkohlungsofen eingespeisten Gas sowie bezüglich der CO&sub2;- und der H&sub2;O-Konzentrationen die Gesamtmenge des Gases geändert werden.In this regard, it is possible to change the composition of the gas leaving the carburizing furnace at the carburizing temperature, for example, in terms of the CO + H₂ concentration, the ratio of the amount of CO and the amount of H₂ in the gas fed into the carburizing furnace, and the total amount of gas in terms of the CO₂ and H₂O concentrations.

Wie oben bereits beschrieben, erlaubt es die Erfindung, auch im Falle einer gegebenen Beschränkung der Bandgeschwindigkeit die verschiedenen, aus den Blecheigenschaften sich ergebenden Bedingungen für die Aufkohlungsmenge unter Berücksichtigung aller Verfahrensbedingungen zu optimieren. Demgemäß besteht die Möglichkeit, die bei herkömmlichen Verfahren auf Versuchen basierenden Steuermaßnahmen zu optimieren.As already described above, the invention allows the various conditions for the carburization amount resulting from the sheet properties to be optimized, taking into account all the process conditions, even in the case of a given limitation of the strip speed. Accordingly, it is possible to optimize the control measures based on experiments in conventional processes.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Diagramme der Fig. 11 bis 13 Rechenbeispiele erläutert, bei denen die gewünschte Verteilung der Kohlenstoffkonzentration im Feinblech mit Hilfe der Modellformel für die Kohlenstoffdiffusion auf Basis des Fickschen Gesetzes berechnet wurde. Entsprechend dem Algorithmus der Fig. 6 wurde die Aufkohlungsmenge je Flächeneinheit im Wege einer Integration der Verteilung der Kohlenstoffkonzentration in Richtung der Blechdicke ermittelt und die Modellformel für die Kohlenstoffdiffusion aus der gewünschten Verteilung der Kohlenstoffkonzentration unter der einschränkenden Bedingung abgeleitet, der Aufkohlungsmenge zu genügen. Sodann wurden ein Toleranzbereich für einen Zielwert bei jedem Punkt in Richtung der Blechdicke sowie die Aufkohlungstemperatur und die Aufkohlungszeit ermittelt, bei denen es sich um Parameter der Modellformel handelt, die so gewählt wurden, daß sich das aufgrund der Modellformel für die Kohlenstoffdiffusion berechnete Konzentrationsprofil der Aufkohlung innerhalb des Toleranzbereichs befindet.In the following, with reference to the diagrams in Fig. 11 to 13, calculation examples are explained in which the desired distribution of the carbon concentration in the sheet was calculated using the model formula for carbon diffusion based on Fick's law. According to the algorithm in Fig. 6, the carburization amount per Unit area was determined by integrating the carbon concentration distribution in the sheet thickness direction, and the carbon diffusion model formula was derived from the desired carbon concentration distribution under the restrictive condition of satisfying the carburization amount. Then, a tolerance range for a target value at each point in the sheet thickness direction and the carburization temperature and time were determined, which are parameters of the model formula selected so that the carburization concentration profile calculated from the carbon diffusion model formula is within the tolerance range.

Innerhalb der Konzentrationsverteilung des Diagramms der Fig. 11 gibt es jedoch eine Kulmination bei einem Abstand von 10 bis 50 µm von der Bandoberfläche, von der aus die Kohlenstoffkonzentration bis zu einem Abstand von 250 µm kontinuierlich abnimmt. Der Grund hierfür liegt darin, daß ursprünglich an einem Punkt in unmittelbarer Nähe der Bandoberfläche mit der höchsten Aufkohlungskonzentration die Entkohlung beim Abkühlen im Anschluß an die Ofendichtung voranschreitet. Demgemäß braucht, um den Verlauf der Verteilung der Kohlenstoffkonzentration in Übereinstimmung mit der Modellformel für die Kohlenstoffdiffusion zu bringen, lediglich die Kohlenstoffkonzentration an zwei oder mehr Punkten in Gestalt der Verteilung der Kohlenstoffkonzentration im Abstandsbereich von 10 bis 250 µm festgelegt zu werden. Vorzugsweise wird, um den Kulminationspunkt der Kohlenstoffkonzentration zu erreichen, die Kohlenstoffkonzentration an einem Punkt im Abstandsbereich von 10 bis 50 µm und an einem anderen Punkt im Abstandsbereich von 10 bis 250 µm festgelegt. Im Falle einer konstanten Aufkohlungsmenge kann die Modellformel für die Kohlenstoffdiffusion direkt oder einmalig festgelegt werden, wenn die Kohlenstoffkonzentration an nur einem Punkt unter Bedingungen festgelegt wird, daß verschiedene Bedingungen wie die Geschwindigkeit der Oberflächenreaktion sowie die Aufkohlungstemperatur und -zeit und dergleichen festgelegt werden.However, within the concentration distribution of the diagram of Fig. 11, there is a culmination at a distance of 10 to 50 µm from the strip surface, from which the carbon concentration decreases continuously up to a distance of 250 µm. The reason for this is that initially at a point in the immediate vicinity of the strip surface with the highest carburization concentration, decarburization progresses during cooling after the furnace seal. Accordingly, in order to bring the course of the carbon concentration distribution into agreement with the model formula for carbon diffusion, only the carbon concentration at two or more points needs to be determined in the form of the carbon concentration distribution in the distance range of 10 to 250 µm. Preferably, in order to achieve the culmination point of the carbon concentration, the carbon concentration is set at one point in the distance range of 10 to 50 µm and at another point in the distance range of 10 to 250 µm. In the case of a constant carburization amount, the model formula for carbon diffusion can be set directly or once when the carbon concentration is set at only one point under conditions that various conditions such as the speed of the surface reaction and the carburization temperature and time and the like are set.

Das Diagramm der Fig. 11 gibt unter den Aufkohlungs bedingungen, daß die Aufkohlungszeit (Behandlungszeit in Sekunden) t&sub1;, t&sub2;, t&sub3; und die CO- Konzentration (%) a&sub1;, a&sub2;, a&sub3; sowie die H&sub2;-Konzentration b&sub1;, b&sub2;, b&sub3; ist und die Aufkohlungstemperatur T (ºC) konstant ist, den Zusammenhang zwischen dem Abstand von der Bandoberfläche, d.h. der Aufkohlungstiefe (µm), und der Kohlenstoffkonzentration im Stahl (Aufkohlung in ppm) in Gestalt der Kurve sowie die betrieblichen Meßwerte wieder. In diesem Falle ist jedoch die Aufkohlungszeit t&sub1; = t&sub2; ≠ t&sub3; und die CO-Konzentration a, = a&sub3; ≠ a&sub2; sowie die H&sub2;- Konzentration b, = b&sub2; = b&sub3;. Im Zusammenhang mit dem Diagramm der Fig. 11 wurde bei der Ermittlung der Meßwerte für die Kohlenstoffkonzentration eine Probe in Flußsäure gelegt, um die Oberfläche aufzulösen und die Menge des in fester Lösung befindlichen Kohlenstoffs aus dem Gewichtsverhältnis zwischen der Menge des Kohlenstoffs und der Menge des Eisens zu errechnen, die innerhalb einer vorgegebenen Zeit aufgelöst wurden. Sie könnte auch durch Messen der Tiefe eines speziellen Gefüges des Stahls abgeschätzt werden, das durch die Kohlenstoffkonzentration (in Abhängigkeit davon) bestimmt wird.The diagram of Fig. 11 shows the relationship between the distance from the strip surface, ie the carburization depth (µm), and the carbon concentration in the steel (carburization in ppm) in the form of the curve and the operational measured values under the carburizing conditions that the carburizing time (treatment time in seconds) is t₁, t₂, t₃ and the CO concentration (%) is a₁, a₂, a₃ and the H₂ concentration is b₁, b₂, b₃ and the carburizing temperature T (ºC) is constant. In this case, however, the carburizing time t₁ = t₂ ≠ t₃ and the CO concentration is a₁ = a₃ ≠ a₂ and the H₂ concentration is b₁ = b₂ = b₃. In connection with the diagram in Fig. 11, when determining the measured values for the carbon concentration, a sample was placed in hydrofluoric acid in order to dissolve the surface and to calculate the amount of carbon in solid solution from the weight ratio between the amount of carbon and the amount of iron dissolved within a given time. It could also be estimated by measuring the depth of a special microstructure of the steel, which is determined by the carbon concentration (depending on it).

Als nächstes zeigt das Diagramm der Fig. 12 die Ergebnisse von Versuchen bezüglich des Einflusses der Aufkohlungszeit auf die Modellformel für die Diffusion im Stahl. Die Versuche wurden unter der Bedingung durchgeführt, daß die Aufkohlungszeit T (ºC) und die gesamte Aufkohlungsmenge ΔC (ppm) konstant sind. Die ausgezogene Kurve in dem Diagramm betrifft den Fall, daß die Aufkohlung unter der Bedingung stattfand, daß die CO-Konzentration (%) a&sub4;, die H&sub2;- Konzentration (%) b&sub4; und die Aufkohlungszeit (Behandlungszeit in Sekunden) t&sub4; betrug, während die gestrichelte Kurve den Fall betrifft, daß die CO- Konzentration (%) a&sub5;, die H&sub2;-Konzentration (%) b&sub5; und die Aufkohlungszeit (Behandlungszeit in Sekunden) t&sub5; betrug. In diesem Falle waren jedoch die Aufkohlungszeit t&sub5; ≠ 3 t&sub4;,, die CO-Konzentration a&sub4; > a&sub5; und die H&sub2;-Konzentration b&sub4; > b&sub5;. Wie bereits erwähnt, ist die Aufkohlungsgeschwindigkeit umso größer, je höher die CO-Konzentration und die H&sub2;- Konzentration sind. Des weiteren ist die Aufkohlungsmenge im Inneren der Randzone umso größer, je länger die Aufkohlung dauert. Dementsprechend ergibt sich aus dem Diagramm der Fig. 12, daß, wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Gradient der Kohlenstoffkonzentration im inneren Teil der Randzone aufgrund einer Erhöhung der Kohlenstoffkonzentration nur im oberflächennahen Teil der Randzone steiler verlaufen soll, lediglich die Aufkohlungszeit im Wege einer Erhöhung der Geschwindigkeit der Aufkohlungsreaktion (Erhöhung des Aufkohlungsvermögens) verringert zu werden braucht und umgekehrt, wenn es darum geht, den Gradient der Kohlenstoffkonzentration zwischen dem inneren Teil der Randzone und deren oberflächennahem Teil mit Hilfe einer Erhöhung der Kohlenstoffkonzentration im Blech insgesamt abzuflachen, lediglich die Aufkohlungszeit im Wege einer Verringerung der Geschwindigkeit der Aufkohlungsreaktion (Verringerung des Aufkohlungsvermögens) erhöht zu werden braucht.Next, the graph of Fig. 12 shows the results of experiments on the influence of carburizing time on the model formula for diffusion in steel. The experiments were conducted under the condition that the carburizing time T (°C) and the total carburizing amount ΔC (ppm) are constant. The solid curve in the graph refers to the case that carburizing took place under the condition that the CO concentration (%) was a₄, the H₂ concentration (%) was b₄ and the carburizing time (treatment time in seconds) was t₄, while the dashed curve refers to the case that the CO concentration (%) was a₅, the H₂ concentration (%) was b₅ and the carburizing time (treatment time in seconds) was t₅. In this case, however, the carburizing time t₅ ≠ 3 t₄,, the CO concentration a₄ > a₅ and the H₂ concentration b₄ > b₅. As already mentioned, the higher the CO concentration and the H₂ concentration, the higher the carburization rate. Furthermore, the longer the carburization takes, the greater the amount of carburization inside the edge zone. Accordingly, it can be seen from the diagram in Fig. 12 that if the gradient of the carbon concentration in the inner part of the edge zone due to an increase in the carbon concentration only in the part of the edge zone close to the surface, only the carburisation time needs to be reduced by increasing the speed of the carburisation reaction (increasing the carburising capacity) and conversely, if the aim is to flatten the gradient of the carbon concentration between the inner part of the edge zone and its part close to the surface by increasing the carbon concentration in the sheet as a whole, only the carburisation time needs to be increased by reducing the speed of the carburisation reaction (reducing the carburising capacity).

Als nächstes wird anhand des Diagramms der Fig. 13 die Möglichkeit aufgezeigt, die Verteilung der Kohlenstoffkonzentration bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Hilfe einer Steuerung der Bandtemperatur nach dem Aufkohlen, insbesondere mit Hilfe der Abkühlungsgeschwindigkeit zu steuern. In dem Diagramm der Fig. 13 betrifft der Verlauf der ausgezogenen Kurve unter der Voraussetzung, daß die Aufkohlungstemperatur T (ºC), die Aufkohlungszeit t (sec), die CO-Konzentration a&sub6; (%) und die H&sub2;-Konzentration b&sub6; (%) konstant sind, den Fall, daß die Abkühlung mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von T, (ºC/s) geschieht, und die gestrichelte Kurve den Fall, daß die Abkühlung mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von &Delta;T&sub2; (ºC/s) und die Abkühlungsgeschwindigkeiten in der Beziehung: &Delta;T&sub1; < &Delta;T&sub2; stehen. Wie sich aus dem Diagramm der Fig. 13 ergibt, erhöht sich, weil die Diffusion des gelösten Kohlenstoffs in das Blechinnere angesichts der höheren Abkühlungsgeschwindigkeit abrupt unterbrochen wird, lediglich die Kohlenstoffkonzentration in dem oberflächennahen Teil der Randzone und wird der Gradient der Kohlenstoffkonzentration im inneren Teil der Randzone steiler. Umgekehrt ist bei geringerer Abkühlungsgeschwindigkeit wegen der Diffusion des gelösten Kohlenstoffs nach innen die Kohlenstoffkonzentration im oberflächennahen Teil der Randzone gering und der Gradient der Kohlenstoffkonzentration im inneren Teil der Randzone flacher.Next, the diagram of Fig. 13 shows the possibility of controlling the distribution of carbon concentration in the method according to the invention by controlling the strip temperature after carburizing, in particular by means of the cooling rate. In the diagram of Fig. 13, the solid curve, assuming that the carburizing temperature T (°C), the carburizing time t (sec), the CO concentration a₆ (%) and the H₂ concentration b₆ (%) are constant, relates to the case where cooling takes place at a cooling rate of T, (°C/s), and the dashed curve relates to the case where cooling takes place at a cooling rate of ΔT₂ (°C/s) and the cooling rates are in the relationship: ΔT₁ < ΔT₂. As can be seen from the diagram of Fig. 13, Because the diffusion of dissolved carbon into the interior of the sheet is abruptly interrupted due to the higher cooling rate, only the carbon concentration in the part of the edge zone near the surface increases and the gradient of the carbon concentration in the inner part of the edge zone becomes steeper. Conversely, at a lower cooling rate, due to the diffusion of dissolved carbon inwards, the carbon concentration in the part of the edge zone near the surface is low and the gradient of the carbon concentration in the inner part of the edge zone is flatter.

Dieses Beispiel steht dem Fall gegenüber, daß das aufgekohlte Band in der ersten Abkühlungszone rasch abgekühlt und die Kohlenstoffdiffusion beendet wird. Die Erfindung erlaubt jedoch, den Zustand der Kohlenstoffdiffusion durch ein Glühen, Ausgleichsglühen und Abkühlen des Bandes nach der Aufkohlung zu manipulieren. Anstelle oder zusätzlich zu der ersten Abkühlungszone kann daher auch eine temperaturgesteuerte Zone zur Anwendung kommen.This example is in contrast to the case where the carburized strip is rapidly cooled in the first cooling zone and carbon diffusion is terminated. However, the invention allows the state of carbon diffusion to be manipulated by annealing, soaking and cooling the strip after carburization. Instead of or in addition to the first cooling zone, a temperature-controlled zone can therefore also be used.

Des weiteren wird bei diesem Ausführungsbeispiel, wie im einzelnen beschrieben, anders als in dem Fall, daß unter Anwendung des Algorithmus der Fig. 6 unter der Bedingung, daß die Aufkohlungstemperatur aufgrund der Werkstoffeigenschaften und die CO-Konzentration sowie die H&sub2;-Konzentration unter Berücksichtigung der Rußgrenze vorgegeben sind, die Aufkohlungszeit (Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes) zuletzt geändert, um eine vorgegebene Kohlenstoffmenge zu erreichen. Und in dem Fall, daß bei Anwendung des Algorithmus der Fig. 6 unter der Bedingung, daß die oberen Grenzen für die Aufkohlungstemperatur und die Aufkohlungszeit aufgrund der Bedingungen für die Verteilung der Kohlenstoffkonzentration und die oberen Grenzen für die CO-Konzentration und die H&sub2;- Konzentration aufgrund des Verlaufs der Rußgrenze gewählt wurden, werden die Aufkohlungszeit (Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes) und die Zusammensetzung der Gasatmosphäre zuletzt geändert, um eine vorgegebene Verteilung der Kohlenstoffkonzentration in Richtung der Banddicke und eine vorgegebene Aufkohlungsmenge zu erreichen; und für den Fall, daß bei Anwendung des Algorithmus der Fig. 6 unter der Bedingung, daß die Aufkohlungszeit bestimmt wird auf Basis der von den Verfahrensbedingungen mit Ausnahme der Aufkohlung bestimmten Bandgeschwindigkeit und die Aufkohlungszeit aufgrund der Werkstoffeigenschaften festgelegt werden, wird zuletzt die Zusammensetzung der Gasatmosphäre geändert, um eine vorgegebene Kohlenstoffmenge zu erreichen. Einschließlich der vorerwähnten Fälle sind als Beispiele für die oben erwähnten Steuergrößen zusätzlich noch die folgenden Steuergrößen in Betracht zu ziehen:Furthermore, in this embodiment, as described in detail, unlike the case where using the algorithm of Fig. 6, under the condition that the carburizing temperature is predetermined based on the material properties and the CO concentration and the H₂ concentration are predetermined taking the soot limit into account, the carburizing time (strip running speed) is lastly changed to produce a predetermined amount of carbon And in the case where, when the algorithm of Fig. 6 is applied, under the condition that the upper limits of the carburizing temperature and the carburizing time are selected based on the conditions for the distribution of the carbon concentration and the upper limits of the CO concentration and the H₂ concentration are selected based on the course of the soot boundary, the carburizing time (strip speed) and the composition of the gas atmosphere are lastly changed to achieve a predetermined distribution of the carbon concentration in the direction of the strip thickness and a predetermined carburizing amount; and in the case where, when the algorithm of Fig. 6 is applied, under the condition that the carburizing time is determined based on the strip speed determined by the process conditions other than carburizing and the carburizing time is determined based on the material properties, the composition of the gas atmosphere is lastly changed to achieve a predetermined carbon amount. Including the above-mentioned cases, the following control variables are also to be considered as examples of the above-mentioned control variables:

1) Bei konstanter Zusammensetzung der Gasatmosphäre werden die Aufkohlungstemperatur und/oder die Aufkohlungszeit geändert.1) With the composition of the gas atmosphere constant, the carburizing temperature and/or the carburizing time are changed.

2) Bei konstanter Aufkohlungstemperatur werden der CO-Partialdruck oder der H&sub2;-Partialdruck oder die Partialdrücke des Kohlenmonoxids und des Wasserstoffs in der Gasatmosphäre sowie die Aufkohlungszeit einzeln oder gemeinsam geändert.2) At constant carburizing temperature, the CO partial pressure or the H₂ partial pressure or the Partial pressures of carbon monoxide and hydrogen in the gas atmosphere as well as the carburizing time are changed individually or together.

3) Bei konstanter Aufkohlungszeit werden der CO-Partialdruck oder der H&sub2;-Partialdruck oder die Partialdrücke von Kohlenmonoxid und Wasserstoff in der Gasatmosphäre sowie die Aufkohlungstemperatur einzeln oder gemeinsam geändert.3) When the carburizing time is kept constant, the CO partial pressure or H2 partial pressure or the carbon monoxide and hydrogen partial pressures in the gas atmosphere and the carburizing temperature are changed individually or together.

4) Sämtliche Steuergrößen werden einzeln oder gleichzeitig geändert.4) All control variables are changed individually or simultaneously.

Die Wahl der Steuergrößen ist nicht auf irgendeine beschränkt. Vielmehr können sämtliche Steuergrößen in jedem Falle benutzt werden.The choice of control variables is not limited to any one. Rather, all control variables can be used in any case.

Anders als in dem beschriebenen Fall, daß die Geschwindigkeit der Oberflächenreaktion unter Berücksichtigung des Einflusses von CO, H&sub2;, CO&sub2; und H&sub2;O berechnet wurde, läßt sich die Geschwindigkeit der Oberflächenreaktion auch unter Berücksichtigung des vom Äthan (bi-carbon hydride) ausgehenden Einflusses berechnen.Unlike the case described, where the rate of the surface reaction was calculated taking into account the influence of CO, H₂, CO₂ and H₂O, the rate of the surface reaction can also be calculated taking into account the influence of ethane (bi-carbon hydride).

Im vorliegenden Falle wurde der Gleichgewichtszustand durch Linearisierung der thermodynamischen Modellformel unter Berücksichtigung des Stoffeintrags und -austrags und Konvergieren ihrer Lösungen berechnet. Die Rechenmethoden sind hierauf jedoch nicht beschränkt.In the present case, the equilibrium state was calculated by linearizing the thermodynamic model formula, taking into account the substance input and output and converging their solutions. However, the calculation methods are not limited to this.

Des weiteren wurde die Erfindung im einzelnen lediglich für den Fall beschrieben, daß in dem von der Oberflächenreaktion bestimmten Bereich ein Band aus einem ELC-Stahl kontinuierlich aufgekohlt und geglüht wurde. Die Erfindung eignet sich jedoch auch für andere reaktionsbestimmte Bereiche oder den Fall, daß lediglich eine Aufkohlung erforderlich ist oder andere Bandqualitäten aufgekohlt werden sollen.Furthermore, the invention was described in detail only for the case where a strip made of an ELC steel was continuously carburized and annealed in the area determined by the surface reaction. However, the invention is also suitable for other reaction-determined areas or the case where only carburization is required or other strip qualities are to be carburized.

Claims (8)

1. Verfahren zum kontinuierlichen Aufkohlen eines Stahlbands in einem Durchlaufofen mit einer im wesentlichen Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff und Stickstoff einzeln oder nebeneinander enthaltenden Atmosphäre, bei dem eine Rußbildung mittels eines von der CO/CO&sub2;-Konzentration und der Stahltemperatur abhängigen Ruß-Grenzwerts unterdrückt und die Strömungsgeschwindigkeit des in den Aufkohlungsofen eingespeisten Gases eingestellt wird sowie1. Process for the continuous carburization of a steel strip in a continuous furnace with an atmosphere containing essentially carbon, oxygen, hydrogen and nitrogen individually or in conjunction with one another, in which soot formation is suppressed by means of a soot limit value dependent on the CO/CO2 concentration and the steel temperature and the flow rate of the gas fed into the carburizing furnace is adjusted and (a) die gesamte Aufkohlungsmenge aufgrund der Formel für die Geschwindigkeit (V) der Aufkohlungsreaktion an der Oberfläche(a) the total carburization amount based on the formula for the rate (V) of the carburization reaction at the surface V = k&sub1; f&sub1;(pCO, pH&sub2;&sub7; &theta;o) x &alpha; f&sub3;(pCO, pCO&sub2;), oderV = k&sub1; f 1 (pCO, pH 27 ? o) x ? f3 (pCO, pCO2), or V = k&sub1; f&sub1;(pCO, pH&sub2;, &theta;o) -k&sub2; f&sub2;(pCO&sub2;, pH&sub2;O),V = k&sub1; f1 (pCO, pH2, θo) -k2 f2 (pCO2 , pH2 O), wobei &alpha; eine Konstante, k&sub1;, k&sub2; Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten, pCO der Partialdruck des Kohlenmonoxyds, pCO&sub2; der Partialdruck des Kohlendioxyds, pH&sub2; der Partialdruck des Wasserstoffs und &theta;o die Überzugsgeschwindigkeit des absorbierten Sauerstoffs ist, sowie auf der Basis der folgenden Modellformel für die Kohlenstoff-Diffusion im Stahl:where α is a constant, k₁, k₂ are reaction rate constants, pCO is the partial pressure of carbon monoxide, pCO₂ is the partial pressure of carbon dioxide, pH₂ is the partial pressure of hydrogen and θo is the transfer rate of absorbed oxygen, and on the basis of the following model formula for carbon diffusion in steel: dC/dt = D d²C/dx²,dC/dt = D d²C/dx², berechnet wird, wobei C die Kohlenstoffkonzentration im Stahl, t die Zeit, D der Diffusionskoeffizient und X die Diffusionsstrecke sind undis calculated, where C is the carbon concentration in the steel, t is the time, D is the diffusion coefficient and X is the diffusion distance and (b) geeignete Bereiche für die Aufkohlungstemperatur, die jeweilige Konzentration des CO, H&sub2;, CO&sub2; und H&sub2;O in der Aufkohlungsatmosphäre sowie die Aufkohlungszeit gewählt werden, so daß die Aufkohlungsmenge der Zielmenge entspricht, und(b) suitable ranges for the carburization temperature, the respective concentrations of CO, H₂, CO₂ and H₂O in the carburization atmosphere and the carburization time are selected so that the carburization amount corresponds to the target amount, and (c) während des Aufkohlens des Bandes die Aufkohlungstemperatur, die jeweilige Konzentration des CO, H&sub2;, CO&sub2; und H&sub2;O in der Aufkohlungsatmosphäre sowie die Aufkohlungszeit innerhalb der Grenzen gemäß (b) eingestellt werden.(c) during carburizing of the strip, the carburizing temperature, the respective concentrations of CO, H₂, CO₂ and H₂O in the carburizing atmosphere and the carburizing time are adjusted within the limits according to (b). 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich dem Verfahrensschritt (b) zunächst ein weiterer Verfahrensschritt anschließt, bei dem die Strömungsgeschwindigkeit des Gases, die CO-Konzentration und die H&sub2;-Konzentration im Gas innerhalb des nach (b) geeigneten Bereichs für CO, H&sub2;, CO&sub2; und H&sub2;O so eingestellt werden, daß die rechnerische Konzentration für CO, H&sub2;, CO&sub2; und H&sub2;O in der Aufkohlungsatmosphäre2. Method according to claim 1, characterized in that the method step (b) is followed by a further method step in which the flow rate of the gas, the CO concentration and the H₂ concentration in the gas are adjusted within the range suitable according to (b) for CO, H₂, CO₂ and H₂O so that the calculated concentration for CO, H₂, CO₂ and H₂O in the carburizing atmosphere 1. einer durch die Formeln:1. one by the formulas: Wgi = Wsc + WgoWgi = Wsc + Wgo Wsc = &epsi;(V, t, w, LS)Wsc = ε(V, t, w, LS) ausgedrückten Kohlenstoff-Bilanz genügt, wobei Wgi die Kohlenstoff-Menge in dem in den Ofen eingespeisten Gas, Wsc mit dem Band ausgetragene Kohlenstoffmenge, Wgo die im Ofenabgas enthaltene Kohlenstoffmenge, V die Geschwindigkeit der Oberflächenreaktion, t die Aufkohlungszeit, w die Bandbreite und LS die Bandgeschwindigkeit ist, undwhere Wgi is the amount of carbon in the gas fed into the furnace, Wsc is the amount of carbon discharged with the belt, Wgo is the amount of carbon contained in the furnace exhaust gas, V is the rate of the surface reaction, t is the carburizing time, w is the belt width and LS is the belt speed, and 2. die Gibbssche freie Energie entsprechend der Formel: 2. the Gibbs free energy according to the formula: unter der Bedingung, daß die Menge an freiem Kohlenstoff (kondensiertem Kohlenstoff) bei einer gegebenen Temperatur Null ist, minimiert wird, wobei n die Zahl der einzelnen Gase und p die Zahl der einzelnen Kondensationen ist.under the condition that the amount of free carbon (condensed carbon) at a given temperature is zero, is minimized, where n is the number of individual gases and p is the number of individual condensations. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Bandtemperatur und/oder die Zusammensetzung des Gases als Steuerungsvariable dienen und die Steuerungsvariablen Gaszusammensetzung und/oder Bandtemperatur auf der Basis einer Prognose-Formel eingestellt werden, die vorab festgesetzt wird, um eine Ziel-Aufkohlungsmenge in einer bestimmten Aufkohlungszeit zu erreichen, die von der durch eine andere Verfahrensbedingung als die Aufkohlung begrenzten Durchlaufgeschwindigkeit abhängig ist.3. A method according to claim 1 or 2, wherein the strip temperature and/or the composition of the gas serve as control variables and the control variables gas composition and/or strip temperature are adjusted on the basis of a prediction formula which is set in advance in order to achieve a target carburization amount in a certain carburization time. which depends on the throughput speed limited by a process condition other than carburization. 4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Verteilung der Kohlenstoffkonzentration, die Kohlenstoffkonzentrationen mindestens eines Punktes in einem Tiefenbereich von 10 bis 250 µm der Randzone des Bandes oder das durch die Kohlenstoffkonzentration bestimmte Metallgefüge als Ziele dienen.4. Method according to claim 3, in which the distribution of the carbon concentration, the carbon concentrations of at least one point in a depth range of 10 to 250 µm of the edge zone of the strip or the metal structure determined by the carbon concentration serve as targets. 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem eine Temperatursteuerung des Bandes nach dem Gasaufkohlen zum Einstellen der Kohlenstoffkonzentration in Richtung der Banddicke stattfindet.5. Method according to claim 3 or 4, in which a temperature control of the strip takes place after gas carburizing in order to adjust the carbon concentration in the direction of the strip thickness. 6. Verfahren zum kontinuierlichen Aufkohlen von Stahlband in einem Durchlaufofen, bei dem Variable mit Hilfe eines Computers auf der Basis von Ausgangs-Bedingungen einer Spezifikation des Bandes im aufgekohlten Zustand berechnet und die Variablen eingestellt werden, um eine Ziel-Kohlenstoffmenge zu erreichen, bei der eine Rußbildung mit Hilfe eines von der CO/CO&sub2;-Konzentration und der Stahltemperatur abhängigen Ruß-Grenzwerts sowie durch Einstellen der Strömungsgeschwindigkeit jeder Gaskomponente unterdrückt wird, wobei6. A method for continuously carburizing steel strip in a continuous furnace, in which variables are calculated by means of a computer on the basis of initial conditions of a specification of the strip in the carburized state and the variables are adjusted to achieve a target carbon amount at which soot formation is suppressed by means of a soot limit value dependent on CO/CO₂ concentration and steel temperature and by adjusting the flow rate of each gas component, wherein (a) eine Ziel-Aufkohlungsmenge (&Delta;Co), die Gaszusammensetzung, die Strömungsgeschwindigkeit des Gases, die Aufkohlungstemperatur, die Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes (LS) und die Abmessungen des Stahlbandes als Input Bedingungen dienen;(a) a target carburization amount (ΔCo), the gas composition, the gas flow rate, the carburization temperature, the strip travel speed (LS) and the Dimensions of the steel strip serve as input conditions; (b) die Konzentration jeder Gaskomponente berechnet wird, bei der eine Rußunterdrückung gewährleistet ist, und die gesamte Gibbssche freie Energie (F(x)), die sich bei der Anwendung der Konzentration jeder Komponente des Gases als Variable ergibt, unter der Bedingung ein Minimum annimmt, daß die Kohlenstoffmenge in dem in den Ofen eingeleiteten Gas und die Menge des beim Aufkohlen des Bandes entstehenden Kohlenstoffs konstant sind;(b) the concentration of each gas component at which soot suppression is ensured is calculated and the total Gibbs free energy (F(x)) resulting from using the concentration of each component of the gas as a variable is taken to be a minimum under the condition that the amount of carbon in the gas introduced into the furnace and the amount of carbon formed during carburisation of the strip are constant; (c) die Oberflächen-Reaktionsgeschwindigkeit mit Hilfe der Formel:(c) the surface reaction rate using the formula: V = k&sub1; f&sub1;(pCO, pH&sub2;, &theta;o) X &alpha; f&sub3;(pCO, pCO&sub2;), oderV = k&sub1; f 1 (pCO, pH 2 , θo) X ? f3 (pCO, pCO2), or V = k&sub1; f&sub1;(pCO, pH&sub2;, &theta;o) -k&sub2; f&sub2;(pCO&sub2;, pH&sub2;O),V = k&sub1; f1 (pCO, pH2, θo) -k2 f2 (pCO2 , pH2 O), berechnet wird, wobei &alpha; eine Konstante, k&sub1;, k&sub2; Reaktionsgeschwindigkeitskonstanten sind, die sich mit Hilfe der Gleichung:is calculated, where α is a constant, k₁, k₂ are reaction rate constants, which can be calculated using the equation: ki = Ai exp(-Ei/RT)ki = Ai exp(-Ei/RT) bestimmten lassen, in der Ai der Frequenzfaktor, Ei die Aktivierungsenergie, R die Gaskonstante und T die absolute Temperatur ist, und die Formeln als Parameter den Kohlenmonoxid- Partialdruck und den Wasserstoff-Partialdruck sowie zusätzlich den CO&sub2;-Partialdruck und den H&sub2;O-Partialdruck unter der Voraussetzung einschließen, daß die Aufkohlungsmenge innerhalb des von der Oberflächenreaktion regierten Bereichs eingestellt wird, in dem die Kohlenstoff-Konzentration des Bandes in seiner Randzone unterhalb der Konzentration liegt, bei der sie ihr Gleichgewicht mit dem Gas erreicht, sowie darüber hinaus eine Störung der Aufkohlungsreaktion durch beim Aufkohlen entstehendes CO&sub2; und H&sub2; berücksichtigt wird,where Ai is the frequency factor, Ei is the activation energy, R is the gas constant and T is the absolute temperature, and the formulas include as parameters the carbon monoxide partial pressure and the hydrogen partial pressure and additionally the CO₂ partial pressure and the H₂O partial pressure, provided that the carburization amount is set within the range governed by the surface reaction in which the carbon concentration of the strip in its edge zone is below the concentration at which it reaches equilibrium with the gas, and furthermore, a disturbance of the carburization reaction by CO₂ and H₂ formed during carburization is taken into account, (d) die Aufkohlungsmenge (&Delta;C') des Bandes durch Integration über die Aufkohlungszeit und die Gesamtfläche des Bandes sowie - jeweils gemäß (c) berechneten - die Oberflächen-Reaktionsgeschwindigkeit (V) je Zeiteinheit und die Flächeneinheit;(d) the carburization amount (ΔC') of the strip by integration over the carburization time and the total area of the strip as well as - each calculated according to (c) - the surface reaction rate (V) per unit time and the unit area; (e) die Aufkohlungsmenge (&Delta;C') gemäß (d) mit der Ziel-Aufkohlungsmenge (&Delta;Co) verglichen und die Zusammensetzung des Gases, die Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes und die Aufkohlungstemperatur einzeln oder nebeneinander geändert werden, jeweils berechnet oder vorgegeben, um die Verfahrensschritte gemäß (b) bis (d) zu wiederholen, wenn die Differenz zwischen der rechnerischen Aufkohlungsmenge (&Delta;C') und der Ziel-Aufkohlungsmenge (&Delta;Co) nicht geringer ist als ein vorgegebener Wert;(e) the carburization amount (ΔC') according to (d) is compared with the target carburization amount (ΔCo) and the composition of the gas, the speed of the strip and the carburization temperature are changed individually or in parallel, each calculated or specified, in order to repeat the process steps according to (b) to (d) if the difference between the calculated carburization amount (ΔC') and the target carburization amount (ΔCo) is not less than a predetermined value; (f) die Konzentration jeder Gaskomponente, die Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes und die Aufkohlungstemperatur, jeweils berechnet oder gewählt, benutzt werden, wenn die Differenz zwischen der berechneten Aufkohlungsmenge (&Delta;C') und der Ziel-Aufkohlungsmenge (&Delta;Co) geringer ist als der vorgegebene Wert; sowie(f) the concentration of each gas component, the strip travel speed and the carburization temperature, each calculated or selected, are used when the difference between the calculated carburization amount (ΔC') and the target carburization amount (ΔCo) is less than the specified value; and (g) aufgrund der Ergebnisse gemäß (f) die Ofentemperatur auf einen Wert von 700 bis 950ºC, die Kohlenmonoxid-Konzentration auf einen Wert von über 0% bis höchstens 22%, die Wasserstoffkonzentration auf einen Wert von 0 bis 30% als Bedingungen für die Gaszusammensetzung und die Ofentemperatur eingestellt werden, bei denen es zu keiner Rußbildung im Ofen kommt.(g) based on the results of (f), the furnace temperature is set to a value of 700 to 950ºC, the carbon monoxide concentration to a value of over 0% but not more than 22%, the hydrogen concentration to a value of 0 to 30% as the gas composition and furnace temperature conditions under which no soot formation occurs in the furnace. 7. Verfahren zum kontinuierlichen Aufkohlen von Stahlband in einem Durchlaufofen, bei dem Variable mit Hilfe eines Computers auf der Basis von durch eine Spezifikation des Bandes im aufgekohlten Zustand gegebenen Eingaben berechnet und die Variablen im Hinblick auf eine Ziel-Aufkohlungsmenge und eine bestimmte Verteilung der Kohlenstoffkonzentration über die Banddicke eingestellt und eine Rußbildung mit Hilfe eines Ruß-Grenzwerts entsprechend der CO/CO&sub2;- Konzentration und der Stahltemperatur sowie durch Einstellen der Strömungsgeschwindigkeit jeder in den Ofen eingeleiteten Gaskomponente unterdrückt wird,7. A method for continuously carburizing steel strip in a continuous furnace, in which variables are calculated by means of a computer on the basis of inputs given by a specification of the strip in the carburized state, and the variables are adjusted with respect to a target carburization amount and a certain distribution of carbon concentration over the strip thickness, and soot formation is suppressed by means of a soot limit value corresponding to the CO/CO₂ concentration and the steel temperature and by adjusting the flow rate of each gas component introduced into the furnace, (a) eine Ziel-Aufkohlungsmenge (&Delta;Co), die Kohlenstoff-Konzentration (C&sub1;) bei einer bestimmten Tiefe (x,) ausgehend von der Oberfläche des Bandes, die Zusammensetzung und die Strömungsgeschwindigkeit des Gases, die Aufkohlungstemperatur, die Bandgeschwindigkeit (LS) und die Größe des Bandes eingegeben werden;(a) a target carburization amount (ΔCo), the carbon concentration (C₁) at a certain depth (x,) from the surface of the strip, the composition and the flow rate of the gas, the carburization temperature, the strip speed (LS) and the size of the strip are input; (b) die Konzentration jeder Gaskomponente, bei der eine Rußbildung unterdrückt wird, und die gesamte Gibbs'sche freie Energie (F(x)), wie sie sich bei der Benutzung der Konzentration jeder Komponente des Gases als Variable ergibt, unter der Bedingung ein Minimum annimmt, daß die Menge des Kohlenstoffs in dem Gas und die Menge des beim Aufkohlen des Bandes aufgenommenen Kohlenstoffs konstant sind;(b) the concentration of each gas component at which soot formation is suppressed and the total Gibbs free energy (F(x)) obtained by using the concentration of each component of the gas as a variable is minimum under the condition that the amount of carbon in the gas and the amount of carbon taken up during carburization of the strip are constant; (c) die Diffusionsgeschwindigkeit eines Kohlenstoffs in fester Lösung im Stahlband (d.h. die Aufkohlungsgeschwindigkeit) entsprechend der Modellformel für die Kohlenstoff-Diffusion im Stahl:(c) the diffusion rate of a carbon in solid solution in the steel strip (i.e. the carburization rate) according to the model formula for carbon diffusion in steel: dC/dt = D d²C/dx²dC/dt = D d²C/dx² berechnet wird, wobei C die Kohlenstoff-Konzentration im Stahl, t die Zeit, D der Diffusionskoeffizient und X die Diffusionsstrecke ist und sich eine Kohlenstoff-Diffusionsmenge für die Diffusion in das Band ergibt;is calculated, where C is the carbon concentration in the steel, t is the time, D is the diffusion coefficient and X is the diffusion distance and a carbon diffusion quantity for the diffusion into the strip is obtained; (d) eine Aufkohlungsmenge (&Delta;C') im Stahlband durch Integration über die Aufkohlungszeit, die Gesamtfläche des Stahlbandes und - jeweils gemäß (c) berechnet - die diffundierte Kohlenstoffmenge im Stahlband je Zeit- sowie die Flächeneinheit berechnet wird;(d) a carburization amount (ΔC') in the steel strip is calculated by integration over the carburization time, the total area of the steel strip and - each calculated according to (c) - the diffused carbon amount in the steel strip per unit time and the area; (e) die Aufkohlungsmenge (&Delta;C') gemäß (d) mit der Ziel-Aufkohlungsmenge (&Delta;Co) verglichen und die Zusammensetzung des Gases, die Bandgeschwindigkeit und die Aufkohlungstemperatur, jeweils berechnet oder gewählt, einzeln oder nebeneinander geändert werden, um die Verfahrensschritte gemäß (b) bis (d) zu wiederholen, wenn die Differenz zwischen der rechnerischen Aufkohlungsmenge (&Delta;C') und der Ziel-Aufkohlungsmenge (&Delta;Co) nicht geringer ist als eine vorgegebene Menge;(e) the carburization amount (ΔC') according to (d) is compared with the target carburization amount (ΔCo) and the composition of the gas, the belt speed and the carburization temperature, each calculated or selected, are changed individually or side by side to repeat the process steps according to (b) to (d) if the difference between the calculated carburization amount (ΔC') and the target carburization amount (ΔCo) is not less than a predetermined amount; (f) die Kohlenstoff-Konzentration (C'&sub1;) bei einer bestimmten Aufkohlungstiefe (X&sub1;), bezogen auf die Bandoberfläche, nach der Modeliformel der Kohlenstoff-Diffusion im Stahl:(f) the carbon concentration (C'₁) at a specific carburization depth (X₁), based on the strip surface, according to the model formula of carbon diffusion in steel: dC/dt = D d²c/dx²dC/dt = D d²c/dx² berechnet wird, wenn die Differenz zwischen der rechnerischen Aufkohlungsmenge (&Delta;C') und der Ziel-Aufkohlungsmenge (&Delta;C&sub0;) geringer als ein vorgegebener Wert ist;is calculated when the difference between the calculated carburization amount (ΔC') and the target carburization amount (ΔC�0) is less than a predetermined value; (g) die Kohlenstoff-Konzentration (C'&sub1;) bei einer gemäß (f) berechneten bestimmten Aufkohlungstiefe (X&sub1;) mit der Ziel-Kohlenstoff-Konzentration (C&sub1;) bei der gemäß (a) eingegebenen Tiefe (X&sub1;) verglichen wird und die Zusammensetzung des Gases, die Band-Durchlaufgeschwindigkeit, die Aufkohlungstemperatur, jeweils berechnet oder gewählt, einzeln oder nebeneinander geändert und die Verfahrensschritte (b) bis (f) wiederholt werden, wenn die Differenz zwischen der rechnerischen Kohlenstoff-Konzentration (C'&sub1;) und der Ziel-Kohlenstoff-Konzentration (C&sub1;) nicht geringer ist als ein vorgegebener Wert, und die Zusammensetzung des Gases, die Bandgeschwindigkeit, die Aufkohlungstemperatur und die Verteilung der Aufkohlungskonzentration von der Oberfläche benutzt werden, wenn die Differenz geringer als der vorgegebene Wert ist; und(g) the carbon concentration (C'₁) at a determined carburizing depth (X₁) calculated in accordance with (f) is compared with the target carbon concentration (C₁) at the depth (X₁) entered in accordance with (a) and the composition of the gas, the belt speed, the carburizing temperature, each calculated or selected, are changed individually or in parallel and the process steps (b) to (f) are repeated if the difference between the calculated carbon concentration (C'₁) and the target carbon concentration (C₁) is not less than a predetermined value, and the composition of the gas, the belt speed, the carburizing temperature and the distribution of the carburizing concentration from the surface are used if the difference is less than the predetermined value; and (h) auf der Basis des Ergebnisses gemäß (g) die Ofentemperatur auf einen Wert von 700 bis 950ºC, die Kohlenmonoxid-Konzentration auf einen Wert von über 0 bis höchstens 22% und die Wasserstoff-Konzentration auf einen Wert von bis 30% als Bedingungen für die Zusammensetzung des Gases und die Ofentemperatur eingestellt werden, bei der es nicht zu einer Rußbildung innerhalb des Ofens kommt, und die Kohlenstoffkonzentration mindestens an einem Punkt in einer Tiefe von 10 bis 250 µm in der Randzone auf eine bestimmte Kohlenstoffkonzentration entsprechend der Verteilung der Kohlenstoffkonzentration in Richtung der Banddicke eingestellt wird.(h) on the basis of the result according to (g), the furnace temperature is set to a value of 700 to 950ºC, the carbon monoxide concentration to a value of over 0 to a maximum of 22% and the hydrogen concentration to a value of up to 30% as conditions for the composition of the gas and the furnace temperature at which soot formation does not occur inside the furnace, and the carbon concentration at least at one point at a depth of 10 to 250 µm in the peripheral zone is set to a certain carbon concentration according to the distribution of carbon concentration in the direction of the strip thickness. 8. Verfahren zum kontinuierlichen Aufkohlen eines Stahlbandes nach den Ansprüchen 1 bis 7, bei dem ein Aufkohlungsofen Teil eines Durchlaufglühofens ist.8. A method for continuously carburizing a steel strip according to claims 1 to 7, in which a carburizing furnace is part of a continuous annealing furnace.
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