DE69708482T2

DE69708482T2 - Durchlaufglühverfahren von Metallband in verschiedenen Schutzgasen und Vorrichtung

Info

Publication number: DE69708482T2
Application number: DE69708482T
Authority: DE
Inventors: Michel Boyer; Jean-Jacques Nozieres
Original assignee: Stein Heurtey SA
Current assignee: Fives Stein SA
Priority date: 1996-03-13
Filing date: 1997-03-11
Publication date: 2002-06-27
Anticipated expiration: 2017-03-12
Also published as: DE795616T1; BR9701273A; EP0795616B1; US5798007A; EP0795616A1; FR2746112B1; ATE209701T1; FR2746112A1; ES2106007T1; DE69708482D1; JPH108145A; ES2106007T3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Metallbändern. Sie betrifft insbesondere die Gewerbe, die einen hohen Blechverbrauch haben, bei denen das beste Mittel für Einsparungen darin besteht, die Masse, also die Dicke der Bleche unter gleichzeitiger Beibehaltung hervorragender mechanischer Eigenschaften zu reduzieren. Der Vorgang des kontinuierlichen Glühens entspricht diesen Anforderungen auf perfekte Weise.
Die Erfindung befasst sich mit der Technologie der Öfen zur kontinuierlichen Behandlung von Bändern. Solche Öfen (siehe z. B. FR-A-2 282 472 uncl FR-A-2 375 334) werden in Durchlaufglühanlagen oder Durchlaufgalvanisation sanlagen verwendet, dennoch lässt sich die Erfindung auch auf andere Arten von Anlagen anwenden, bei denen die Bänder durchlaufend unter Schutzatmosphäre behandelt werden.
Das Verfahren dreht sich um einen oder mehrere Bandglühöfen, die aus mehreren Zonen bestehen, die ausgerüstet sind, um nacheinander die verschiedenen Phasen des Wärmebehandlungszyklus zu bewerkstelligen, und die im einfachsten Fall folgende sind: Aufwärmzone, Haltezone und Abkühlzone.
Am Ende jeder dieser Phasen wird die vom Produkt erreichte Temperatur bestimmt und muss stabilisiert werden, um die angestrebten metallurgischen Eigenschaften zu erzielen.
Der Vorgang ist einfach und wird für gewöhnlich ausgeführt, wenn der Ofen im Beharrungszustand läuft. Er bearbeitet ein Produkt mit vorgegebenen Abmessungen nämlich mit einer konstanten Geschwindigkeit und in Übereinstimmung mit einer festgelegten Wärmebehandlungskurve.
Die bekannten Industrieöfen bearbeiten täglich Bänder unterschiedlicher Dicken und Breiten nach ebenfalls variablen Wärmebehandlungszyklen.
Die Wirksamkeitsgrad der Anlage und die Einhaltung der Wärmebehandlungskurven hängen vor allem vom Aufenthalt des Bandes beim Durchlaufen der verschiedenen Zonen des Ofens ab oder von der Zeit, die dazu benötigt wird, die Temperatur der Erwärmungs- oder Abkühlendphase zu erreichen. So wird ein Temperaturgradient pro Zeiteinheit (ºC/s) für jede dieser Erwärmungs- oder Abkühlzonen angegeben.
Um ihre Anlagen leistungsfähiger zu machen, suchen die Benutzer nach Lösungen, die die Verweildauer während der Erwärmungs- und/oder Abkühlphasen verkürzen.
Gegenwärtig ermöglichen es die bekannten Abkühlvorrichtungen, einen Wärmeaustausch mit dem im Durchlauf befindlichen Band zu bewerkstelligen, der sich im wesentlichen aus vier Techniken zusammensetzt:
- Eine erste Technik verwendet einen abstrahlenden Wärmeaustausch zwischen dem Band und luftgekühlt abstrahlenden Rohren, wobei der Wärmegradient des Bandes sehr schwach und immer unter 2000/s ist.
- Eine zweite Technik verwendet einen leitenden Wärmeaustausch zwischen den Walzen und dem Band, insbesondere am Unterbau der Walzen, worin Wasser zirkuliert; der Wärmeaustausch zwischen den Walzen und dem im Umlauf befindlichen Band findet durch Kontakt statt, was Ungleichmäßigkeiten im Temperaturprofil hervorruft, die sich durch Auftreten von Falten auf der Oberfläche des Bandes äußern.
- Eine dritte Technik verwendet einen konvektiven Wärmeaustausch durch Besprühen des Bandes mit einem Wassernebel oder durch Eintauchen in ein Wasserbecken; der Hauptnachteil dieser Lösung ist, dass sie die Oxidation des Bandes begünstigt, was, um die Oxidschicht zu entfernen, am Ende der Linie den Einsatz einer Beizeinheit notwendig macht, was sich jedoch wiederum auf die gesamten Anlagenkosten niederschlägt.
- Eine vierte Technik verwendet einen konvektiven Wärmeaustausch durch Verblasen eines Umwälzschutzgases, das vorher in einem Austauscher abgekühlt wurde. Der Wärmegradient des Bandes erreicht nur mit Schwierigkeit 70ºC/s.
Die vorliegende Erfindung hat die Beseitigung dieser Nachteile zur Aufgabe, indem sie ein Verfahren vorschlägt, das die im Umlauf befindlichen Bleche nicht oxidiert und das eine gute Ebenheit und einen perfekten Zustand der Oberfläche sicherstellt und es gleichzeitig zulässt, dass Gradienten erzielt werden können, die deutlich über denen aus dem Stand der Technik Liegen, die diese Vorteile aufweisen, insbesondere um die 100ºC/s.
Dazu betrifft die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung, die die in den Ansprüchen 1 und 3 angegebenen Merkmale aufweisen.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen hervor, die ein Ausführungsbeispiel beschreiben, das keinerlei einschränkenden Charakter hat. In den Figuren zeigen:
- Fig. 1 eine Draufsicht im Schnitt auf einen Ofen, der das erfindungsgemäße Verfahren einsetzt;
- Fig. 2 eine Kurve, die einen Vergleich zwischen einem Wärmezyklus darstellt, der nach einem Verfahren aus dem Stand der Technik ausgeführt wird, und dem erfindungsgemäßen Verfahren, angewandt auf die Abkühlphase.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrens durchläuft das zu bearbeitende Band das Innere eines im Durchlaufbetrieb arbeitenden vertikalen oder horizontalen Ofens.
Dieser Ofen besteht im allgemeinen aus Aufwärmzonen 1, Haltezonen 2 und Abkühlzonen 3. Deren Anzahl und Anordnung ist sehr unterschiedlich; es können zum ordnungsgemäßen Zustandekommen der kristallographischen Umwandlungen zwischen den verschiedenen Abkühlzonen gleichzeitig Haltezonen 2, 4 vorhanden sein.
Das Band durchläuft also die verschiedenen Ofenabschnitte, und wird innerhalb eines vertikalen Ofens durch mehrere ortsfeste Walzen 6, 6', 6", 7, 7', 7" geführt, die drehend angetrieben sind und sich an den oberen und unteren Enden der Räume oder Kammern befinden, die die Bearbeitungsräume bilden.
Das Band erstreckt sich in Windungen oder Strängen zwischen zwei oberen 6 und unteren 7 Antriebswalzen. Zwischen den Bandsträngen oder gegenüber den Außenwandungen sind herkömmliche oder Induktionsheizeinrichtungen oder auch Abkühlelemente angeordnet.
Die herkömmlichen Heizeinrichtungen bestehen hauptsächlich aus röhrenförmigen Heizelementen, in deren Inneren die Verbrennung eines flüssigen oder gasförmigen Brennstoffs aufrechterhalten wird. Diese Röhrenheizkörper genannten Elemente sind zwischen den Bandsträngen und den Stirnwänden des Ofens zugewandt angeordnet und erwärmen das Band durch Abstrahlung. Sie stellen den größten Teil des Energieeintrags sicher und haben Teil, wenn die Anlage im Beharrungszustand läuft.
Die Verbrennungsrauchgase können zur Wiedererwärmung eines durch einen Austauscher umgewälzten Schutzgases dienen, wobei dieses Gas zum Bandverlauf in einer im wesentlichen senkrechten Richtung durch mehrere Öffnungen oder Schlitze geblasen wird, die an den Gebläseeinrichtungen angeordnet sind. So wird das Band vor der Erwärmung durch die Röhrenheizkörper vorerwärmt.
Es versteht sich von selbst, dass alle Räume durch eine entsprechende Wärmedämmung von der Umgebung 9, 10, 11, 12 und 13 thermisch isoliert sind. Jeder der Räume ist mit Einrichtungen versehen, um die Bandachse in der Beförderungsachse zu zentrieren; sie bestehen aus Walzen 8, 8', die den Führungswalzen ähnlich sind, und sind in Unterlagen beweglich gelagert, um die abgewickelte Länge zwischen zwei festen Führungspunkten 6' und 7' einzustellen; sie können bei Bedarf die Führungswalzen ersetzen und sind in den Vorwärmzonen (0) oder Aufwärmzonen 1, den Zonen zum Aufrechterhalten der Temperatur 2, 4 oder den Abkühlzonen 3, 5 vorhanden.
Die Abkühleinrichtungen bestehen aus Gebläseeinrichtungen für in anlagenexternen Austauschern umgewälztes und abgekühltes Schutzgas. Dieses in Abhängigkeit von den Wärmeaustauschbedürfnissen geschwindigkeitsvariable Verblasen findet in einer Richtung statt, die im wesentlich senkrecht zum Bandverlauf ist und durch mehrere Öffnungen oder Schlitze hindurch, die an den Gebläseeinrichtungen vorgesehen sind. Die verschiedenen Kammern sind untereinander durch Verbindungstunnel verbunden, wobei das Ganze gegebenenfalls unter einer neutralen oder reduzierenden Schutzatmosphäre gehalten wird, die insbesondere aus einer Gasmischung besteht, die aus Wasserstoff und Stickstoff ausgewählt ist. Nach einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung wird eine Gasmischung auf der Basis von Wasserstoff oder Helium verwendet, deren Zusammensetzung die im allgemeinen verwendeten Werte übersteigt (um die 5% auf 95% Stickstoff). So setzt das erfindungsgemäße Verfahren eine Wasserstoff- oder Heliumatmosphäre ein, deren Gehalt 5% und insbesondere 15% übersteigt, um beispielsweise 50% an Wasserstoff oder Helium zu erreichen. Und zwar werden die Wärme- und/oder Abkühlkammern in einer Atmosphäre genutzt, deren Charakteristika des Gehalts an Wasserstoff oder Helium über den Explosivitätsgrenzen dieser Gase liegen. Diese Beschreibung trifft auch auf Helium zu, das anstelle oder zusätzlich zum Wasserstoff verwendet wird.
Die Vorgehensweise ist folgende: Das Band dringt in einen ersten Aufwärmraum 1 vor, der herkömmliche Heizquellen umfasst. Diesem Heizraum kann ein Vorwärmraum 0 vorausgehen.
In diesen Abschnitten erfährt das Band eine Temperaturerhöhung bis zur Solltemperatur, die der gewünschten Wärmebehandlung entspricht, danach läuft das Band in eine Haltekammer 2 weiter, in der für das Entstehen der kristallographischen Umwandlungen der Energieeintrag konstant gehalten wird. Die Temperatur des Bandes wird dann in einem Abkühlraum 3 durch vorstehend erläuterte Einrichtungen gesenkt, wobei die Temperatur schnell abnimmt und das Fortschreiten der kristallographischen Umwandlungen angehalten wird.
Dann durchläuft das Band eine Kammer 4, die zur Aushärtung, allgemein "Overaging" genannt, bestimmt ist. Diese Kammer ist ähnlich ausgelegt wie die Haltekammer und befindet sich zwischen zwei Abkühlkammern.
Diese letzte Abkühlung 5 wird im allgemeinen wie die vorherige entweder durch einen Gas-Feststoff-Austausch oder durch einen Flüssigkeits-Feststoff- Austausch, der viel wirksamer ist, bewerkstelligt; dann wird zum Besprühen des durchlaufenden Bands mit Flüssigkeit übergegangen.
Das fertige Produkt wird am Anlagenausgang aufgerollt oder zerteilt, nachdem es gegebenenfalls weiteren Behandlungen unterzogen wurde.
Nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung umfasst die dieses Verfahren einsetzende Anlage mehrere Isoliervorrichtungen 14, die insbesondere in den verschiedenen Verbindungstunnels stromaufwärts und/oder stromabwärts zwischen den verschiedenen, den Ofen bildenden, Aufwärme-, Halte- und Abkühlungszonen vorgesehen sind, die es, wenn diese Isoliervorrichtungen 14 in Betrieb sind, zulassen, diese benachbarten Zonen insbesondere im Hinblick auf ihre jeweilige Atmosphäre im wesentlichen hermetisch abzudichten.
Diese Isoliervorrichtungen 14 bestehen aus mindestens einer oder mehreren Einheiten aus zwei Walzen, die beidseits des Bandes angeordnet sind, oder aus einer oder mehreren Einheiten aus Walzen und Klappen.
So kann mittels dieser Isoliervorrichtungen 14 im Sinne einer Erhöhung oder Absenkung um einen bekannten Wert, die Zusammensetzung, die die Schutzatmosphäre in einer Kammer bildet, gegenüber einer benachbarten Kammer durch diese Isoliervorrichtung getrennt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren verwendet als Schutzgasmischung Stickstoff mit einem Prozentanteil an Wasserstoff oder Helium. Die Verwendung eines der letztgenannten Gase lässt es zu, dass die Leistung der Heiz- oder Kühlelemente erhöht werden kann; damit kann auf die Verweildauer des Bandes in der Abkühlzone 3 oder der Vorwärmzone 0 im Hinblick auf die Erhöhung des Werts des Gradienten (ºC/s) eingewirkt werden, der höher ist, als derjenige aus dem gegenwärtigen Stand der Technik.
So kann nach einer ersten erfindungsgemäßen Anwendungsweise des Verfahrens eine konvektive Abkühlzone 3 isoliert und eingesetzt (das umgewälzte Gas wird nach der Abkühlung, insbesondere durch einen Gas/Wasser-Austauscher, auf das Band geblasen) und dieser Bereich mit Gas gefüllt werden, das einen hohen Wasserstoff oder Heliumanteil hat, denn diese Gase verfügen über thermomechanische Eigenschaften (spezifische Wärme, Viskosität, Massenvolumen, Leitfähigkeit, etc.), die viel günstiger sind als Stickstoff, wodurch entweder der Austauschkoeffizient angehoben oder die Abmessungen der Ventilatoren verkleinert werden können, oder auch beides.
Dadurch wird ein Temperaturgradient mit Werten von 75ºC/s bis zu 15ºC/s und vorzugsweise um die 100ºC/s erzielt, anstelle der 70ºC/s nach dem gegenwärtigen Stand der Technik.
So kann nach einer zweiten erfindungsgemäßen Anwendungsweise des Verfahrens eine konvektive Vorwärmzone 0 isoliert und eingesetzt (das umgewälzte Atmosphärengas wird nach der Wiedererwärmung, insbesondere durch einen Gas/Rauch-Austauscher auf das Band geblasen) und dieser Bereich mit Gas gefüllt werden, das einen hohen Wasserstoff- oder Heliumanteil hat, denn diese Gase verfügen über thermomechanische Eigenschaften (spezifische Wärme, Viskosität, Massenvolumen, Leitfähigkeit, etc.), die viel günstiger sind als Stickstoff, wodurch entweder der Austauschkoeffizient angehoben oder die Abmessungen der Ventilatoren verkleinert werden können, oder auch beides.
Wie auch immer die Anwendungsweise des Verfahrens sein mag, werden damit Verweilzeiten des Bandes im Ofen erzielt, die deutlich unter den Werten aus dem Stand der Technik liegen.
Es ist selbstverständlich, dass sich die vorliegende Erfindung nicht auf die hier beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt.

Claims

1. Verfahren zur kontinuierlichen Wärmebehandlung eines Metallbandes, das einen thermisch isolierten Ofen und eine Schutzatmosphäre aus einem Gasgemisch mit einem Wasserstoffgehalt durchläuft, wobei dieser Ofen mindestens eine Aufwärmzone (1), der ggf. eine Vorwärmzone (0) vorausgeht, eine Haltezone (2), eine Abkühlzone (3), ggf. eine Aushärtzone (4) und ggf. eine abschließende Abkühlzone aufweist, und wobei dieses Band über mehrere, insbesondere im unteren und oberen Bereich dieser Zonen angeordnete Walzen (6, 6', 6", 7, 7', 7") geführt wird, um mehrere Abschnitte zu bilden, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt der Schutzatmosphäre an Wasserstoff oder an Helium größer als 5% und insbesondere 15% ist, dass das Band durch mindestens eine Vorrichtung (14) verläuft, die stromaufwärts und ggf. stromabwärts von der Abkühlzone (3) angeordnet ist und letztere von der stromaufwärts gelegenen Zone und von der stromabwärts gelegenen Zone, sofern letztere vorhanden ist, isoliert, um auf dem Band unterschiedliche Eigenschaften des Wärmeübergangs bezüglich mindestens einer weiteren benachbarten Zone sicherzustellen, die eine unterschiedliche Atmosphäre besitzt, indem auf die Zusammensetzung der Atmosphäre der Abkühlzone, insbesondere durch Erhöhung des Gehaltes an Wasserstoff oder an Helium, eingewirkt wird, oder das Metallband durch Verblasen eines Schutzgases abgekühlt wird, um eine Differenzierung der thermisch-mechanischen Eigenschaften der Atmosphäre zu ermöglichen, so dass auf die Verweilzeit des Bandes in dem Abkühlabschnitt zur Erhöhung des Wertes des Gradienten ºC/S eingewirkt werden kann.

2. Verfahren zur Wärmebehandlung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gasgemisch eingesetzt wird, dessen Gehalt an Wasserstoff oder an Helium in etwa 50% beträgt.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, zur kontinuierlichen Wärmebehandlung eines bewegten Bandes, die aufweist:

- mindestens eine Aufwärmzone (1), der ggf. eine Vorwärmzone (0) vorgeschaltet ist

- ggf. eine Zone zum Aufrechterhalten der Temperatur (2),

- mindestens eine Abkühlzone (3), die Mittel zum Verblasen eines Schutzgases auf das zu behandelnde Werkstück besitzt,

- ggf. eine Aushärtzone (4),

- ggf. eine abschließende Abkühlzone (5), wobei alle diese Zonen zur Führung des Bandes in ihren oberen und unteren Bereichen mehrere Antriebs- (6, 6', 6", 7, 7', 7") oder Zentrierwalzen (8, 8', 8") aufweisen, und wobei diese Zonen untereinander durch Verbindungstunnel verbunden sind, dadurchgekennzeichnet,

dass die Tunnel, welche die Abkühlzonen (3) verbinden, mit Isoliervorrichtungen (14) versehen sind, die auf beiden Seiten des Bandes angeordnet sind, und die Abkühlzonen (3) bezüglich der benachbarten Zonen abdichten.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurchgekennzeichnet, dass die Isoliervorrichtungen (14) aus mindestens einer oder mehreren Einheiten mit zwei Walzen, die beidseits des Bandes angeordnet sind, oder aus einer oder mehreren Einheiten an Walzen und Klappen aufgebaut sind.