DE69723608T3

DE69723608T3 - Primärkühlverfahren für das kontinuierliche Glühen von Stahlbändern

Info

Publication number: DE69723608T3
Application number: DE69723608T
Authority: DE
Inventors: Tatsunori Tobata-ku Mine; Koichi Tobata-ku Sakurai; Kouichi Tobata-ku Waki
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-04-26
Filing date: 1997-03-25
Publication date: 2010-07-01
Anticipated expiration: 2017-03-26
Also published as: ATE245710T1; EP0803583A2; EP0803583A3; DE69723608T2; EP0803583B2; EP0803583B1; DE69723608D1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Primärkühlverfahren beim kontinuierlichen Glühen von Stahlbändern, das einen Schnellabkühlschritt vor einem Überalterungsschritt enthält, wobei eine Inertgasatmosphäre, die H₂-Gas enthält, als Kühlgas bei der Schnellabkühlung verwendet wird.
So lange keine weitere Behandlung durchgeführt wird, kann ein Stahlband nach dem Kaltwalzen, nicht einem Pressformen unterzogen werden und daher nicht für den praktischen Gebrauch verwendet werden, da es zu hart ist und dadurch fast nicht bearbeitbar ist. Um die Bearbeitbarkeit des Stahlbands zu verbessern, ist es notwendig, die Korngröße des Stahlbands ausreichend zu vergrößern und die Menge des Kohlenstoffs, der im Stahlband in fester Lösung vorhanden ist, so klein wie möglich zu halten.
Zu diesem Zweck wird eine kontinuierliche Glühbehandlung durchgeführt, die Aufheizen, Durchwärmen, Primärkühlen, Überaltern und Endkühlen enthält. Genauer beschrieben, wird ein Stahlband nach dem Kaltwalzen über seine Rekristallisationstemperatur erhitzt und auf der Durchwärmetemperatur von 700 bis 850°C für einen bestimmten Zeitraum gehalten, um Korngrößenwachstum zu erreichen. Während des Durchwärmeschritts wird der gelöste Kohlenstoff in fester Lösung gebildet und er muß stabilisiert werden, so daß er in den nächsten Schritten keinen Schaden anrichtet. Daher wird in der ersten Hälfte des Primärkühlverfahrens das Stahlband langsam bis zu einer gewissen Temperatur (600 bis 700°C) abgekühlt, um die Menge des Kohlenstoffs in fester Lösung in der ferritischen Matrix zu erhöhen und um die Herabsetzung bzw. Verschlechterung der Ebenheit bzw. Flachheit des Stahlbands, wie z. B. Krümmungen bzw. Knicke durch das Kühlen, zu verhindern, um einen zufriedenstellenden Betrieb zu erreichen. In der zweiten Hälfte des Primärkühlvorgangs wird das Stahlband schnell auf die Überalterungstemperatur (ca. 400°C) herabgekühlt. Dann wird das Stahlband für einen bestimmten Zeitraum auf der Überalterungstemperatur gehalten, so daß der in fester Lösung vorliegende Kohlenstoff als Zementit ausgeschieden wird, um dessen Menge zu reduzieren. Zuletzt wird das Stahlband dem Endkühlschritt unterzogen.
Wenn das Abkühlen mittels eines Wasser-Gas-Gemisches in der zweiten Hälfte des Primärkühlens durchgeführt wird, um das Stahlband rasch abzukühlen, bildet sich eine dünne Oxidschicht auf der Oberfläche des Stahlbands, so daß eine Nachbehandlung, wie das Beizen durch Säure, unmittelbar nach dem kontinuierlichen Glühen erforderlich ist.
Im Hinblick auf die oben aufgeführten Punkte wurde ein Verfahren zur Kühlung eines Stahlbands durch Ausblasen einer Inertgasatmosphäre auf der Basis von N₂ auf das Band, wobei das Kühlgas einen großen Anteil an H₂-Gas enthält, das sehr gute Kühleigenschaften besitzt, z. B. in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. Sho 55-1969 und der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 6-346156 vorgestellt.
Die japanische Patentveröffentlichung Nr. Sho 55-1969 schlägt vor, daß die Konzentration des H₂-Gases in einem Bereich von 50% oder mehr eingestellt werden soll, während die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. Hei 6-346156 vorschlägt, daß die Konzentration des H₂-Gases auf einen Bereich von 70 bis 90% eingestellt werden soll. EP-A-0182050 offenbart eine Vorrichtung zum Abkühlen der Bänder für einen Glühofen zum kontinuierlichen Glühen. Die folgenden Probleme wur den jedoch durch die in diesen Veröffentlichungen offenbarten Verfahren noch nicht zufriedenstellend gelöst.

(1) Während eine Zunahme der H₂-Gas-Konzentration die Kühleigenschaften sicherlich verbessert, erhöht eine solche Zunahme der H₂-Gas-Konzentration die Betreibungskosten. Die Verwendung einer Inertgasatmosphäre, die H₂-Gas von mehr als 6% enthält, was eine kritische Grenze für eine Explosion darstellt, erhöht die Wahrscheinlichkeit einer Explosion und verursacht ein Problem hinsichtlich der Sicherheit.
(2) Es gibt den Fall, daß verschiedene Produktklassen von Stählen (Stahlklassen), wie die handelsübliche Qualität CQ (Stahl mit niedrigem Kohlenstoffanteil), der Qualitätsstandard für das Ziehen DQ (Stahl mit niedrigem Kohlenstoffanteil), der Qualitätsstandard für das Tiefziehen DDQ (Stahl mit niedrigem Kohlenstoffanteil), der Qualitätsstandard für das Sondertiefziehen DQ (Stahl mit extrem niedrigem Kohlenstoffanteil) und Hochfestigkeitsstahl des Zwei-Phasen-Typus (Stahl mit hohem Mn-Gehalt) mit der gleichen Anordnung für das kontinuierliche Glühen von Bändern aus Stahlblech bzw. Stahlblechen und Stahlbändern geglüht werden sollen, wobei CQ, DQ, DDQ und EDDQ zu den weichen, unlegierten Stählen gehören. In so einer Glühung verlangen die Stähle CQ und EDDQ eine weniger schnelle Abkühlung, verglichen mit anderen Produktklassen, so wie DQ und DDQ, die eine schnelle Abkühlung verlangen. In Anbetracht der oben aufgeführten Punkte wird es nicht als ökonomisch betrachtet, wenn das schnelle Abkühlen bei CQ und EDDQ mit der gleichen H₂-Konzentration wie bei DQ und DDQ durchgeführt wird. Speziell heutzutage nimmt die Nachfrage nach dem kontinuierlichen Glühen von verschiedenen Produktklassen unter Verwendung der gleichen Vorrichtung für das kontinuierliche Glühen von Bändern aus Stahlblech bzw. Stahlblechen zu. Dementsprechend ist die Verwendung von Kühl gas, in dem die Konzentration von H₂-Gas entsprechend den Produktklassen des Bandes geändert werden kann, sehr gefragt.
(3) Wenn die H₂-Gaskonzentration herabgesetzt wird und die Ausblasgeschwindigkeit des Gases aus den Düsen erhöht wird, dann kann eine höhere Kühleigenschaft erreicht werden. Wenn jedoch die Ausblasgeschwindigkeit einen bestimmten Wert übersteigt, neigt das laufende Stahlband zum Flattern und neigt dazu, davon Kratzer auf seiner Oberfläche zu bekommen. Hier bedeutet der Begriff „Ausblasgeschwindigkeit” die Geschwindigkeit, mit der das Kühlgas aus den Düsen ausgestoßen wird, um das Stahlband anzublasen.

Diese Erfindung wurde im Hinblick auf diese Nachteile des herkömmlichen Verfahrens geschaffen und ihr Ziel ist es, ein Verfahren zur Primärkühlung für das kontinuierliche Glühen von Stahlbändern bereitzustellen, das den Verbrauch von teurem H₂-Gas reduzieren kann, um damit den ökonomischen Aspekt des Kühlschritts zu verstärken, wobei die Sicherheit und die Effizienz des Kühlvorganges bei geringen Kosten gewährleistet wird.
Um das oben genannte Ziel zu erreichen, wird gemäß dieser Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Primärkühlung für das kontinuierliche Glühen von Stahlbändern, wie in den Patentansprüchen 1 und 2 definiert, bereitgestellt.
Um genauer zu sein, wird in dem oben erwähnten Primärkühlverfahren entsprechend dieser Erfindung eine Inertgasatmosphäre, die H₂-Gas enthält, als Kühlgas im Schnellabkühlschritt verwendet, und eine Einrichtung zum Ändern der H₂-Gaskonzentration ist geeignet, um die Konzentration von H₂-Gas in zwei Bereichen entsprechend den Produktklassen der Stähle zu ändern. Nämlich im Hinblick auf die Produktklassen der Stähle, die ein weniger schnelles Abkühlen verlangen, wie CQ und EDDQ, sollte die Konzentration von H₂-Gas bevorzugt zwischen 1 und 5% liegen, wogegen, im Hinblick auf die Pro duktklassen der Stähle, die ein schnelleres Abkühlen verlangen, so wie DQ, DDQ und Hochfestigkeitsstahl des Zwei-Phasen-Typus, sollte die Konzentration von H₂-Gas bevorzugt zwischen 30 und 60% liegen.
In dem oben genannten Verfahren zur Primärkühlung entsprechend dieser Erfindung sollte bei einer Konzentration von H₂-Gas zwischen 1 und 5% die Ausblastemperatur des Kühlgases bevorzugt bei 80 bis 150°C und die Ausblasgeschwindigkeit des Kühlgases bevorzugt bei 80 bis 100 m/s liegen, wogegen mit einer Konzentration von H₂-Gas zwischen 30 und 60% die Ausblastemperatur des Kühlgases bevorzugt bei 30 bis 150°C und die Ausblasgeschwindigkeit des Kühlgases bei 100 bis 150 m/s liegen sollte. In dieser Patentbeschreibung bezieht sich die Prozentangabe der H₂-Gaskonzentration auf das Volumen.
Diese Erfindung wird detaillierter in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine erläuternde Ansicht einer kontinuierlichen Glühstrecke für Bleche, an der ein Verfahren zur Primärkühlung von kontinuierlich geglühten Stahlbändern entsprechend einer Ausführungsform dieser Erfindung angewendet wird.
2 ist eine Abbildung, die das Verhältnis zwischen der Durchlaufzeit und der Temperatur eines Stahlbands im Ofenbereich einer kontinuierlichen Glühstrecke zeigt.
3 ist eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Durchführung des Schnellabkühlschritts.
4 ist die Vorderansicht eines Blasgasbehälters und den darauf angebrachten Düsen für das Ausstoßen von Kühlgas.
5 ist eine Querschnittsansicht des Blasgasbehälters und der Düsen entlang der Linie I-I in 4.
6 ist ein Blockdiagramm bzw. Blockschaltbild, das die Steuerungseinheit zur Steuerung des Schnellabkühlschritts darstellt.
7 ist ein Programm-Ablaufplan, der Schritte zur Steuerung der H₂-Konzentration durch die Steuerungseinheit zeigt.
8 ist eine Darstellung, die das Verhältnis zwischen dem Anteil des Öffnungsbereichs der Düsen und dem Index der Gebläseleistung zeigt.
9 ist eine Darstellung, die das Verhältnis zwischen dem Quotienten des inneren Durchmessers der Düsenöffnung zum Ausblasabstand und dem Index der Gebläseleistung zeigt.
10 ist eine Darstellung, die das Verhältnis zwischen der Obergrenze des Ausblasgeschwindigkeit des Kühlgases, die noch ein Flattern des Stahlbands verhindern kann und der H₂-Gaskonzentration im Kühlgas zeigt.
11 ist eine Darstellung, die das Verhältnis zwischen der H₂-Gaskonzentration und dem Index für die Betreibungskosten für die schnelle Abkühlzone zeigt.
12 ist eine weitere Darstellung, die das Verhältnis zwischen der H₂-Gaskonzentration und dem Index für die Betreibungskosten für die schnelle Abkühlzone zeigt.
13 ist eine Darstellung, die das Verhältnis zwischen der Durchlaufzeit und der Temperatur des Stahlbands in der schnellen Abkühlzone zeigt.
14 ist eine Darstellung, die das Verhältnis zwischen der H₂-Gaskonzentration und dem Wärmeübertragungskoeffizienten zeigt.
Ein Ofenabschnitt (nachfolgend als Ofen für das kontinuierliche Glühen bezeichnet) 10a der kontinuierlichen Glühstrecke 10, an der ein Verfahren zur Primärkühlung von kontinuierlich geglühten Stahlbändern entsprechend einer Ausführung dieser Erfindung angewendet wird, ist in 1 dargestellt. Wie in der Zeichnung dargestellt, enthält der Ofen für das kontinuierliche Glühen 10a eine Heizzone 11, eine Durchwärmezone 12, eine Primärkühlzone 13, eine Überalte rungszone 14 und eine Endkühlzone 15 als Sekundärkühlzone. Die Primärkühlzone 13 besteht aus einer langsamen Abkühlzone 13a in der ersten Hälfte und einer schnellen Abkühlzone 13b in der zweiten Hälfte.
An der Eintrittsseite des Ofens für das kontinuierliche Glühen 10a sind eine Abwickelhaspel 16 zum Abspulen der Materialrolle, eine Schweißvorrichtung 17 zum Zusammenfügen von vorhergehenden und nachfolgenden Stahlbändern 26, eine Vorrichtung zur Vorbehandlung 18, um eine elektrolytische Reinigung und ähnliches durchzuführen, und ein Umwälzer 19 positioniert. Auf der Austrittsseite des Ofens für das kontinuierliche Glühen 10a befinden sich ein Endwälzer 20, ein Walzwerk zum Nachwalzen 21, eine Vorrichtung zur Endbehandlung 22, um Behandlungen wie das Zuschneiden der Seiten, die Steuerung und das Schmieren des Stahlbands durchzuführen, eine Trennschere 23, um das Stahlband in Abschnitte für die Produktbandringe zuzuschneiden, und eine Aufwickelhaspel 24, um einen Produktbandring aufzuwickeln.
3 zeigt eine Vorrichtung zur schnellen Abkühlung 13c, die die Schnellabkühlzone 13b in der zweiten Hälfte der Primärkühlzone 13 ausbildet. Die Blasgasbehälter 27 und 28 sind so angebracht, daß sie ein vertikal laufendes Stahlband 26, das durch mehrere stabilisierende Rollenpaare 25 vertikal ausgerichtet wird, in Sandwichform umgeben. Ein Einheitsblasrohr 30 zur Lieferung des Kühlgases besitzt mehrere obere Ausflußöffnungen, die mit einer Seite der zu beiden Seiten des Stahlbands 26 angebrachten Blasgasbehältern 27 und 28 durch verzweigte Ausblasrohre 29 verbunden sind, welche einen Querschnitt in Y-Form besitzen und mehrere Dämpfer 27a und 28a besitzen, die parallel zu beiden Seiten des Stahlbands 26 angebracht sind. Das Einheitsblasrohr 30 besitzt eine untere Zuführung, die mit einer Ausflußöffnung eines Gebläses 34 verbunden ist, das durch den Antriebsmotor 35 ange trieben wird. Mehrere Ansaugrohre 31 zum Sammeln des Kühlgases, das von den Blasgasbehältern 27 und 28 auf das Stahlband 26 geblasen wird, sind gegenüber der Seite der Blasgasbehälter 27 und 28 angebracht. Die Zuführungen der Ansaugrohre 31 dienen dazu, das Kühlgas auf der gegenüberliegenden Seite der Blasgasbehälter 27 und 28 zu sammeln, während die Ausflußöffnungen dieser Röhren 31 mit dem oberen Bereich des Einheitsansaugrohrs 31a verbunden sind. Das Einheitsansaugrohr 31a ist im unteren Bereich mit einem Wärmetauscher 32 ausgestattet, der Wasser oder ähnliches als Kühlflüssigkeit verwendet. Das erwärmte Kühlgas wird durch den Wärmetauscher 32 gekühlt und durch eine untere Röhre 33 in ein Gebläse 34 eingeleitet. Es sollte erwähnt werden, daß ein Kühlgerät, das Fluorkohlenwasserstoff, Ammoniak oder ähnliches als Kühlmittel verwendet, in Verbindung mit dem Wärmetauscher 32 ebenfalls eingesetzt werden kann, um das Kühlgas noch weiter zu abzukühlen.
Wie in 3 dargestellt, wird ein H₂-Gassensor 36 in dem Blasgasbehälter 28 angebracht, um die H₂-Gaskonzentration zu messen, die im Kühlgas enthalten ist, das vom Blasgasbehälter 28 ausgeblasen wird. Die Werte der Gaskonzentration, die vom H₂-Gassensor 36 gemessen werden, werden zu einer Steuerungseinheit 37 übertragen. Ein Speichertank für H₂-Gas 38 und ein Speichertank für N₂-Gas 39 sind in der Umgebung des kontinuierlichen Glühofens 10a angeordnet. Diese Tanks 38, 39 sind mit einer Mischeinrichtung 43a so durch eine H₂-Gas-Zuleitung 42 und eine N₂-Gas-Zuleitung 43 verknüpft, daß das H₂-Gas und das N₂-Gas in der Mischeinrichtung 43a vermischt werden kann. Die Mischeinrichtung 43a ist mit dem Einheitsausblasrohr 30 verbunden. Die H₂-Gas-Zuleitung 42 und die N₂-Gas-Zuleitung 43 sind mit einem H₂-Gasfluß-Ventil 40 und einem N₂-Gasfluß-Ventil 41 in deren Mitte versehen, die, wiederum ihrerseits durch Betätigungs signale, die von der Steuerungseinheit 37 übertragen werden, gesteuert werden. In 3 zeigt ein Pfeil die Fließrichtung des Kühlgases an.
Obwohl in 3 der H₂-Gassensor 36 im oberen Blasgasbehälter 28 angebracht ist, können mehrere H₂-Gassensoren 36 in den einzelnen oberen und unteren Gasbehältern 28 angebracht werden. In diesem Fall kann die H₂-Gaskonzentration in allen Blasgasbehältern 28 gesteuert werden, basierend auf dem Hauptwert, der von den detektierten Einzelwerten berechnet wurde, oder die H₂-Gaskonzentration in den einzelnen Blasgasbehältern 28 kann unabhängig gesteuert werden, basierend auf den detektierten Einzelwerten.
Der Aufbau des Blasgasbehälters 27 (oder 28) ist in 4 und 5 dargestellt. Mehrere Düsen 44, wobei jede aus einer kurzen Röhre geformt wurde, sind auf der Stirnoberfläche des Blasgasbehälters 27 angebracht. Jede Düse 44 wird aus einer zylindrischen Röhre hergestellt, die einen kreisförmigen Hohlquerschnitt aufweist und in Richtung des Stahlbands 26 zeigt. Der innere Durchmesser D der Ausblasöffnung der Düse 44 ist z. B. 9,2 mm. Diese Düsen 44 sind auf der Stirnoberfläche des Blasgasbehälters 27 in einem Zickzack- oder einem gestaffelten Muster angeordnet.
Die Düsen 44 sind außerdem so angeordnet, daß ein gesamter Öffnungsbereich der Düsen 44 2 bis 4% der Stirnoberfläche des Blasgasbehälters 27 einnimmt und daß das Kühlgas durch alle Düsen 44 mit einer einheitlichen Fließrate ausgeblasen wird. 8 zeigt das Verhältnis zwischen dem Flächenbereich der Düsenöffnungen (Prozentanteil des Öffnungsbereiches der Düsen 44 zur Stirnoberfläche des Blasgasbehälters 27) und dem Index der Gebläseleistung (das Motorleistungsverhältnis des Gebläses 34). Wie in 8 gezeigt, wird die höchste Leistungsfähigkeit bei einem Flächenanteil des Öffnungsbereichs der Düsen von etwa 2 bis 4% erzielt. Dieses Ergebnis basiert darauf, daß wenn die Menge an Kühlgas, die von den Düsen 44 ausgeblasen wird, konstant ist und der Prozentsatz des Öffnungsbereiches der Düsen 44 über 4% hinausgeht, die Fließgeschwindigkeit des Kühlgases extrem herabgesetzt wird, während, wenn der Prozentsatz des Öffnungsbereiches der Düsen 44 nicht über 2% hinausgeht, die Fließgeschwindigkeit extrem erhöht wird und somit ein großer Druckverlust an den Düsen 44 hervorgerufen wird.
Weiterhin wird, wie in 5 gezeigt, der Abstand von den vordern Enden der Düsen 44 zur Oberfläche des Stahlbands 26, nämlich der Ausblasabstand d, auf 70 mm oder weniger festgelegt und die Länge L des vorstehenden Teils jeder Düse 44 wird auf (100 mm – d) oder größer festgelegt.
Der Grund ist, daß wenn der Abstand d von den Düsen 44 zum Stahlband 26 erhöht wird, dann wird die Fließgeschwindigkeit des Kühlgases, das auf die Oberfläche des Stahlbands 26 ausgeblasen wird, stark gedämpft bzw. abgeschwächt. Der Grund, daß die Länge L des vorstehenden Teils jeder Düse 44 auf (100 mm – d) oder größer festgelegt wird, liegt in der Definition eines Kühlgas-Entweichungsbereiches zwischen den vorstehenden Düsen 44, wobei nicht nur die Leistungsfähigkeit der Kühlung verbessert werden soll, indem verhindert wird, daß das Kühlgas, das ausgeblasen und durch das Stahlband 26 erhitzt wird, auf der Oberfläche des Stahlbands 26 verbleibt und den Kühlvorgang stört, sondern auch um die gleichmäßige Kühlung in Querrichtung des Stahlbands 26 zu verbessern.
Der innere Durchmesser D der Ausblasöffnung jeder Düse 44 wird nun betrachtet. 9 zeigt das Verhältnis zwischen (dem inneren Durchmesser D der Ausblasöffnung der Düse 44 zum Ausblasabstand d (D/d)) und dem Leistungsindex des Gebläses 34. Wie in der Darstellung ersichtlich wird, wird die Leistung des Gebläses 34 verringert, wenn der Quotient aus dem inneren Durchmesser D der Ausblasöffnung zum Ausblasabstand d abnimmt.
Auch ist es erforderlich, um beim Ausblasen des Kühlgases durch die Düsen 44 sehr gute Kühleigenschaften zu realisieren, die Düsen 44 in einer so hohen Dichte anzuordnen, daß jene Anteile der einzelnen Jetströme des Kühlgases, die nahe der Düsenachsen angeordnet sind und maximale Kühleigenschaften aufweisen, dicht und gleichmäßig über das Stahlband 26 verteilt werden. Dementsprechend sollte der innere Durchmesser D der Ausblasöffnung so klein wie möglich sein. Eine extreme Verringerung des inneren Durchmessers D der Ausblasöffnung jedoch würde den Nachteil haben, daß die Anzahl der Düsen 44 erhöht werden muß und die Kosten für die Anordnung und die Wartung in die Höhe getrieben werden. Werden diese gegensätzlichen Aspekte in Betracht gezogen, so sollte der innere Durchmesser D der Ausblasöffnungen vorzugsweise auf nicht mehr als ein Fünftel des Abstands d festgelegt werden, aber auch nicht weniger als 3 mm, eine Größe, bei der die Ausblasöffnung in der Praxis angefertigt werden kann.
Nun wird eine Beschreibung des Ablaufs der Funktionsweise der kontinuierlichen Glühstrecke 10 in bezug auf 1 und 2 gemacht, wobei das Primärkühlverfahren beim kontinuierlichen Glühen von Stahlbändern entsprechend einer Ausführungsform dieser Erfindung als Hauptpunkt betrachtet wird.
Das Stahlband 26, das von der Abwickelhaspel 16 abgewickelt wird, wird mit einem anderen, vorhergehenden Stahlband 26 mittels einer Schweißvorrichtung 17 verbunden und dann zur Vorrichtung zur Vorbehandlung 18, die eine elektrolytische Reinigungsanordnung und ähnliches enthält, geleitet. Danach wird das Stahlband 26 durch einen Umwälzer 19 zur Heizzone 11 des Ofens für das kontinuierliche Glühen 10a geleitet, wo es über seine Rekristallisationstemperatur erhitzt wird (Heizschritt A). Anschließend wird das Stahlband 26 zur Durchwärmezone 12 weitergeleitet, wo es auf einer Temperatur von 700° bis 850°C für eine bestimmte Zeitdauer gehalten wird (Durchwärmeschritt B). Während dieser Schritte A und B wird das Stahlband 26 rekristallisiert und das Korngrößenwachstum schreitet fort, wobei es weicher wird und eine sehr gute Bearbeitbarkeit aufweist. Da jedoch Karbide in dem Stahlband 26 in der Matrix aufgelöst sind, wenn das Stahlband 26 einer thermischen Behandlung bei einer hohen Temperatur ausgesetzt wird, würde eine große Menge des Kohlenstoffs in fester Lösung bzw. im Stadium der festen Lösung im Stahlband 26 vorhanden sein, wenn das Stahlband 26 direkt nach dem Durchwärmeschritt B gekühlt würde. Die Anwesenheit von Kohlenstoff in fester Lösung ist nicht erwünscht, weil dieser Kohlenstoff mit der Zeit ausgeschieden wird, wodurch das Stahlband 26 gehärtet wird und eine große Erhöhung der Streckgrenze verursacht wird.
Um die Menge an Kohlenstoff in fester Lösung im Stahlband 26 so weit wie möglich zu reduzieren, wird das Stahlband 26 einer Überalterungs-Behandlung in der Überalterungszone 14 nach der Durchwärmebehandlung ausgesetzt. In der Überalterungszone 14 wird das Stahlband eine bestimmte Zeitdauer in einem bestimmten Temperaturbereich (ca. 400°C) gelassen, in dem die Löslichkeitsgrenze des Kohlenstoffes geringer ist und der Kohlenstoff in fester Lösung immer noch diffundieren kann. Daraus resultierend scheidet sich der in fester Lösung befindliche Kohlenstoff als Zementit (Fe₃C) aus und die Menge an Kohlenstoff in fester Lösung im Stahlband 26 wird stark reduziert (Überalterungsschritt D)
Um die Überalterungsbehandlung nach dem Durchwärmebehandlungsschritt B zu unterstützen, wird das Stahlband 26 zunächst langsam in der langsamen Abkühlzone 13a bis zu einer bestimmen Temperatur T_s heruntergekühlt, die nicht höher als die Übergangstemperatur A₁ sein sollte (723°C), und wird dann rasch auf die Überalterungstemperatur in der Schnellabkühlzone 13b herabgekühlt. Diese rasche Abkühlung bringt einen übersättigten Zustand mit sich, in dem, am Endpunkt der raschen Abkühlung (Temperatur T_E in 2), der Kohlenstoff in fester Lösung in der ferritischen Matrix in einer Menge existiert, die die Löslichkeitsgrenze des Kohlenstoffs übersteigt, die bei dieser Temperatur im Fe-C-Zustandsdiagramm erlaubt bzw. möglich wäre. Dieser übersättigte Zustand fördert die Ausscheidung des Kohlenstoffs in fester Lösung zu Zementit während der Überalterungsbehandlung. Nach dem Durchwärmeschritt B wird, wie oben genannt, das Stahlband 26 in der ersten Hälfte des Kühlvorgangs langsam bis zu einer bestimmten Temperatur T_S, die nicht höher sein soll als die Übergangstemperatur A₁, gekühlt. Das Ziel dieser langsamen Abkühlung ist die Erhöhung der Menge des Kohlenstoffs in fester Lösung in der Ferritmatrix und die Verhinderung der Abnahme der Ebenheit bzw. flachen Form des Stahlbands, so wie Knicke bzw. Beulen durch das Abkühlen, um eine zufriedenstellende Bearbeitung zu erreichen. Aus diesen Gründen wird, vom Standpunkt des Bearbeitungsverlaufs, die Obergrenze von T_S bei 700°C festgelegt.
Ebenfalls wird, wie in 2 dargestellt, da T_S die Temperatur ist, bei der die Schnellabkühlung begonnen wird, und sie keine Bedeutung hätte, wenn sie zu nahe an der Überalterungstemperatur, bei der der Schnellabkühlprozeß beendet ist, liegt, die Untergrenze von T_S bei 600°C festgelegt.
Darüber hinaus entspricht die Obergrenze der Endtemperatur des Schnellabkühlens T_E der Obergrenze der Starttemperatur des Überalterns und sollte daher bei 450°C liegen. Die Abkühlgeschwindigkeit des Schnellabkühlens, die in der zweiten Hälfte des Primärkühlschritts, nämlich in der Schnellabkühlzone 13b, angewendet wird, sollte möglichst nicht niedriger sein als 60°C/s. und, vom metallurgischen Standpunkt aus, bevorzugt nicht niedriger als etwa 80°C/s sein, um den vorher genannten übersättigten Zustand zu erreichen. In anderen Worten, wenn die Abkühlgeschwindigkeit niedriger als 60°C/s ist, wird die Menge an Kohlenstoff in fester Lösung im Stahlblech als Produkt zu groß und das Produkt würde extrem aushärten, wobei sich die Bearbeitbarkeit während dem Pressformen (Primärabkühlschritt C) verschlechtert.
Dann wird das Stahlband 26 nach der Überalterungsbehandlung in der Endabkühlzone 15 langsam auf Raumtemperatur heruntergekühlt (Endkühlschritt E).
Wenn ein Stahlband mit hoher Festigkeit hergestellt wird, speziell ein Hochfestigkeits-Stahlband eines Zwei-Phasen-Typus, in dem Martensit in eine ferritische Matrix eingemischt ist, dann wird der Glühzyklus so verändert, daß das Stahlband 26 auf eine Temperatur (Aufheizschritt A') aufgeheizt wird, welche nicht niedriger ist als die Übergangstemperatur A₁, und das aufgeheizte Stahlband 26 wird auf der gleichen Temperatur in der Durchwärmezone 12 konstant gehalten (Durchwärmeschritt B'), um ein Zweiphasenstadium aus Ferrit und Austenit zu schaffen und wird dann langsam in der langsamen Abkühlzone 13a abgekühlt, bevor es in der Schnellabkühlzone 13b von der Ausgangstemperatur T_S des Schnellabkühlschritts rasch abgekühlt wird. Auch die Endtemperatur T_E, der Schnellabkühlung ist eine Temperatur, die unterhalb der martensitischen Umwandlungstemperatur M_S (bei ca. 250°C, wobei dies von der chemischen Zusammensetzung abhängt) liegt, so daß der Austenit wirksam in Martensit umgewandelt wird. Dementsprechend liegt die untere Grenztemperatur von T_E bei 200°C.
Wenn die Abkühlgeschwindigkeit des Schnellabkühlschrittes nicht ausreicht, dann würde ein Teil des Austenits an der „Nase” der Umwandlungskurve bei kontinuierlicher Abkühlung „gefangen” werden, bei der der Übergang in Ferrit, Perlit, etc. beginnt, und würde in solche Phasen übergehen, was zu einer geringen Ausbeute der martensitischen Umwandlung führen würde. Aus dem oben genannten Grund ist vom metallurgischen Standpunkt aus eine Abkühlgeschwindigkeit von 60°C/s im Schnellabkühlschritt erforderlich. In dem Fall, daß erreicht werden soll, daß die Legierungselementkomponenten weiterhin in ihrer Wirkung beibehalten werden sollen, ist es erwünscht, daß die Abkühlgeschwindigkeit nicht geringer als 100°C/s sein sollte. Dieser Fall ist durch die gepunktetgestrichelten Linien in 2 dargestellt. Genauer beschrieben, wird das Stahlband 26 schnell auf ca. 200°C in einem Primärabkühlschritt C' abgekühlt, dann wird es einem Halteschritt D' bei niedriger Temperatur in der Überalterungszone 14 ausgesetzt und danach zu einem Endkühlschritt E' weitergeleitet.

In einer gegebenen Glühbehandlung ist es manchmal notwendig, daß verschiedene Produktklassen der Stähle unter Verwendung der gleichen kontinuierlichen Glühstrecke 10 geglüht werden müssen. Als Produktklassen der Stähle, die in dieser Weise geglüht werden, werden CQ (Stahl mit niedrigem Kohlenstoffanteil), DQ (Stahl mit niedrigem Kohlenstoffanteil), DDQ (Stahl mit niedrigem Kohlenstoffanteil), EDDQ (Stahl mit extrem niedrigem Kohlenstoffanteil) und Hochfestigkeitsstahl des Zwei-Phasen-Typus (Stahl mit hohem Mn-Gehalt) zum Glühen in Betracht gezogen, wobei CQ, DQ, DDQ und EDDQ zu den weichen, wenig legierten Stählen gehören. Beim Glühen dieser Stähle müssen die Abkühlbedingungen bei der Schnellabkühlung entsprechend den Produktklassen der Stähle geändert werden. Diese erwünschten Abkühlbedingungen für die einzelnen Produktklassen der Stähle sind in Tab. 1 dargestellt. Tab. 1

Produktklasse der Stähle (Stahlklasse)		erforderliche Abkühlgeschwindigkeit (CR)	H₂-Gas-Konzentration im Kühlgas (%)
weicher, wenig legierter Stahl	CQ (Stahl mit niedrigem Kohlenstoffanteil)	niedrig	1 bis 5
	DQ (Stahl mit niedrigem Kohlenstoffanteil)	hoch	30 bis 60
	DDQ (Stahl mit niedrigem Kohlenstoffanteil)	hoch	30 bis 60
	EDDQ (Stahl mit extrem niedrigem Kohlenstoffanteil)	niedrig	1 bis 5
Hochfestigkeitsstahl des Zwei-Phasen-Typus (Stahl mit hohem Mn-Anteil)		hoch	30 bis 60

(Anmerkung)	CQ:	Handelsübliche Qualität
	DQ:	Qualitätsstandard für das
		Ziehen
	DDQ:	Qualitätsstandard für das
		Tiefziehen
	EDDQ:	Qualitätsstandard für das
		Sondertiefziehen

Wie in Tab. 1 dargestellt, ist es, in Hinblick auf DQ, DDQ und den Hochfestigkeitsstahl des Zwei-Phasen-Typus wünschenswert, eine hohe Abkühlgeschwindigkeit zu anzuwenden und die H₂-Gaskonzentration innerhalb des Bereichs von 30 bis 60% festzulegen. Der Grund dafür wird später erklärt.
Im Hinblick auf CQ und EDDQ kann die Abkühlgeschwindigkeit verringert werden, im Vergleich zu den oben erwähnten DQ, DDQ und dem Hochfestigkeitsstahl des Zwei-Phasen-Typus, und die H₂-Gaskonzentration kann auf 1 bis 5% gesenkt werden. Wenn die H₂-Gaskonzentration über 5% hinausgeht, neigt die Abkühlgeschwindigkeit dazu, anzusteigen und den für CQ und EDDQ erforderlichen Bereich zu überschreiten. Dies bringt einen Verlust des teuren H₂-Gases mit sich. Darüber hinaus überschreitet die H₂-Gaskonzentration 6%, was die Gasexplosionsgrenze darstellt. Dementsprechend ist es wünschenswert, die H₂-Gaskonzentration auf den Bereich von 1 bis 5% zu begrenzen.
Um jedoch den langsamen Verlauf der Abkühlgeschwindigkeit auszugleichen, muß der Durchlaufweg des Stahlbands 26 im Schnellabkühlschritt verlängert werden oder die Durchlaufgeschwindigkeit des Stahlbands 26 muß verringert werden, um die anvisierte Endtemperatur des Schnellabkühlschritts zu gewährleisten. Die Gründe für die Vermeidung einer hohen Abkühlgeschwindigkeit im Hinblick auf CO und EDDQ sind im folgenden dargestellt. Für CQ stellen die Härtung des Stahlbands 26 und die entsprechende Zunahme der Streckgrenzen-Verlängerung, die durch die stufenweise Ausscheidung von Kohlenstoff in fester Lösung in dem Zeitraum nach der Produktion verursacht wird, keine Materialprobleme in Bezug auf dessen praktische Verwendung dar. Bei EDDQ ist der Anteil des Kohlenstoffs im Stahl extrem klein und eine spezielle Behandlung wird durchgeführt, so daß fast kein Kohlenstoff in fester Lösung im Stahl vorhanden ist, wobei der Überalterungsschritt nicht mehr notwendig ist.
Um die Produktklasse des Stahls zu ändern, wird ein nachfolgendes Stahlband, das sich in seiner Klasse vom vorherge henden Stahlband 26 unterscheidet, an ein vorhergehendes Stahlband 26 mit Hilfe einer Schweißvorrichtung 17 geschweißt und wird dann dem kontinuierlichen Glühvorgang ausgesetzt. Bei der Schnellabkühlung im Primärabkühlschritt C wird die H₂-Gaskonzentration des Kühlgases geändert und die Abkühlgeschwindigkeit eingestellt. Da die Änderung der Zusammensetzung des Ausblasgases etwas Zeit in Anspruch nimmt, werden, um die Produktivität zu steigern, die Produktklassen der Stähle, die eine niedrige Abkühlgeschwindigkeit verlangen, und die Produktklassen der Stähle, die eine hohe Abkühlgeschwindigkeit verlangen, wie in Tabelle 1 gezeigt, in zwei Chargen oder Gruppen eingeteilt, und die H₂-Gaskonzentration wird beim Ändern der Charge verändert.
Die Einrichtung F zur Veränderung der H₂-Gaskonzentration enthält, wie zuvor erklärt, im Wesentlichen den H₂-Gassensor 36, die Steuerungseinheit 37, den H₂-Gas-Speichertank 38, den N₂-Gas-Speichertank 39, das H₂-Gasfluß-Ventil 40, das N₂-Gasfluß-Ventil 41, die H₂-Gas-Versorgungsleitung 42, die N₂-Gas-Versorgungsleitung 43, und die Mischeinrichtung 43a.
Die Funktionsweise der Änderung der H₂-Gaskonzentration im Kühlgas unter Verwendung der Einrichtung F, um die H₂-Gaskonzentration zu ändern, ist nachfolgend im Hinblick auf 3, 6 und 7 beschrieben.
Die angestrebte oder vorbestimmte Konzentration C_set des H₂-Gases im Kühlgas für eine Produktklasse des Stahls ist der Input bzw. der Eingabeparameter bei der Steuerungseinheit 37 von der Tastatur 49 aus und wird im RAM 47 der Steuerungseinheit 37 (Schritt S1) gespeichert. Eine H₂-Gaskonzentration, die 60% übersteigt, sollte vermieden werden, da so eine Gaskonzentration die Menge von teurem H₂-Gas lediglich erhöht, während der Kühleffekt nicht mehr verbessert wird, sogar wenn die H₂-Gaskonzentration so gesteigert wird, daß sie 60% übersteigt, wie nachfolgend im Detail beschrieben.
Wenn eine neue Stähl-Produktklasse geglüht werden soll, dann ist die H₂-Gaskonzentration für diese neue Produktklasse der Input bzw. Eingabeparameter für die Steuerungseinheit 37 mittels der Tastatur 49 und sie wird im RAM 47 (Schritt S2) gespeichert. Der H₂-Gassensor 36 mißt kontinuierlich die H₂-Gaskonzentration im Kühlgas im Blasgasbehälter 28 und die gemessene Konzentration C_mes des H₂-Gases wird der Steuerungseinheit 37 übermittelt und einem Computer CPU 46 über ein I/O-Interface 45 (Schritt S3) zugeleitet bzw. eingegeben.
In der CPU 46 wird die vorbestimmte bzw. festgelegte Konzentration C_set des H₂-Gases von der gemessenen Konzentration C_mes des H₂-Gases abgezogen und der Differenzwert wird mit dem erlaubten Wert bzw. Grenzwert δ verglichen, der den erlaubten Bereich bzw. Grenzbereich darstellt, und die CPU 46 prüft, ob der Differenzwert größer ist als der erlaubte Wert bzw. Grenzwert δ oder nicht (Schritt S4).
Wenn die Entscheidung in Schritt S4 „Ja” ist, dann heißt das, daß die H₂-Gaskonzentration verringert werden muß. Dementsprechend wird das N₂-Gasflußventil 41 so geöffnet, daß die Menge an N₂-Gas, die der Mischeinrichtung 43a zugeführt wird und der beigemischte Anteil des N₂-Gases im Ausblasgas erhöht wird. In der oben genannten Ventiloperation kann das H₂-Gasflußventil 40 temporär geschlossen werden, um die H₂-Gaskonzentration sehr stark zu verringern. Nachdem das N₂-Gasflußventil 41 geöffnet wurde, wird der Meßvorgang von Stufe S3 wiederholt durchgeführt, um die H₂-Gaskonzentration im Kühlgas zu messen (Schritt S5).
Wenn die Entscheidung in Schritt S4 „Nein” ist, dann wird der Differenzwert, der durch Subtrahieren der gemessenen Konzentration C_mes des H₂-Gases von der vorbestimmten bzw. fest gelegten Konzentration C_set des H₂-Gases ermittelt wird, mit dem erlaubten Wert bzw. Grenzwert δ verglichen, um zu entscheiden, ob die H₂-Gaskonzentration niedriger ist als die vorbestimmte bzw. festgelegte Konzentration C_set des H₂-Gases oder nicht (Schritt S6)
Wenn die Entscheidung in Schritt S6 „Ja” ist, wenn nämlich der Differenzwert, der durch Subtrahieren der gemessenen Konzentration C_mes des H₂-Gases von der vorbestimmten bzw. festgelegten Konzentration C_set des H₂-Gases ermittelt wird, größer ist als der erlaubte Wert bzw. Grenzwert δ und die vorbestimmte bzw. festgelegte Konzentration C_set des H₂-Gases größer ist als die gemessene Konzentration C_mes des H₂-Gases, dann wird der Arbeitsvorgang auf Schritt S7 verlegt bzw. gesetzt.
Bei Schritt S7 wird das H₂-Gasflußventil 40 geöffnet, um H₂-Gas aus dem H₂-Gas-Speichertank 38 über die H₂-Gas-Versorgungsleitung 42 und die Mischeinrichtung 43a zum Einheits-Ausblasrohr 30 zu leiten. Der Meßvorgang von Schritt S3 wird nochmals durchgeführt um die H₂-Gaskonzentration zu überwachen.
Wenn die Entscheidung in Schritt S6 „Nein” ist, nämlich wenn der Differenzwert, der durch Subtrahieren der gemessenen Konzentration C_mes des H₂-Gases von der vorbestimmten bzw. festgelegten Konzentration C_set des H₂-Gases ermittelt wird, innerhalb des erlaubten Wertes bzw. Grenzwertes δ liegt, ohne daß die H₂-Gas-Zufuhrleitung 40 und die N₂-Gas-Zufuhrleitung 41 betätigt werden müssen, dann wird der Meßvorgang von Schritt S3 durchgeführt, um die H₂-Gaskonzentration im Kühlgas noch einmal zu messen. Der oben genannte Steuervorgang ist in einem ROM 48 programmiert und gespeichert und wird schrittweise, entsprechend den Arbeitsbefehlen, der CPU 46 eingegeben.
Die Schnellabkühlbedingungen von DQ, DDQ und dem Hochfestigkeitsstahl des Zwei-Phasen-Typus werden nachfolgend diskutiert. Vorausgesetzt die Abkühlgeschwindigkeit ist CR (°C/s) und die Dicke des Stahlbands 26 ist t (mm), wobei in Betracht gezogen werden muß, daß das Stahlband 26, das im kontinuierlichen Glühofen 10a geglüht wird, üblicherweise eine Dicke von annähernd 1 mm besitzt, dann sollten die Kühleigenschaften der Schnellabkühlzone 13b des Glühofens 10a zum kontinuierlichen Glühen der folgenden Formel (1) entsprechen. CR·t ≥ 60°C·mm/s (1)
Andererseits ist es bekannt, daß, basierend auf der Wärmeübergangstheorie, die Wärmeübertragungszahl α (kcal/m²h°C) durch die folgende Gleichung (2) ausgedrückt wird. CR = k·α/t, (2)wobei k eine Kostante ist.
Diese Gleichung (2) kann in folgende Gleichung (3) umgeformt werden. CR·t = k·α (3)
Wird die Gleichung (3) in die oben aufgeführte Gleichung (1) eingesetzt, dann ergibt dies die folgende Gleichung (4). k·α ≥ 60°C·mm/s (4)
Hier kann, wenn die Schnellabkühlzone 13b so spezifiziert wird wie die Schnellabkühlvorrichtung 13c entsprechend 3, ein Wert für die Konstante k bestimmt werden. Durch das Einsetzen dieses Wertes in Gleichung (4) ist der Wert für die Wärmeübertragungszahl α, die die Bedingung in Gleichung (1) erfüllt, mittels der folgenden Gleichung (5) gegeben. α ≥ 410 kcal/m2h°C (5)
Wenn eine Wasser-Gas-Mischung, wie bereits erwähnt, beim Kühlen im Schnellabkühlschritt verwendet wird, kann der Kühlvorgang, der mit der Gleichung (5) korreliert, durchgeführt werden. Da sich jedoch eine dünne Oxidschicht auf der Oberfläche des Stahlbands 26 bildet, müssen Schritte wie leichtes Beizen, Spülen nach dem Beizen, Durchführung eines Spezialverfahrens zur Verbesserung der Phosphatierungseigenschaften und ein End-Spülgang in der Nachbehandlung nach dem Glühen durchgeführt werden. Dies führt zu dem Nachteil, daß die Betriebskosten in die Höhe getrieben werden. In bezug auf die oben genannten Punkte wurde die Aufmerksamkeit auf ein Verfahren zur Schnellabkühlung des Stahlbands 26 durch das Ausblasen von Jetströmen einer Inertgasatmosphäre auf das Stahlband 26 gerichtet. Da H₂-Gas sehr gute Kühleigenschaften aufweist, wurde ein Gasgemisch aus H₂-Gas und N₂-Gas als Kühlgas ausgewählt.
Inzwischen wurde, in Übereinstimmung mit den experimentell ermittelten Gleichungen, die von den Erfindern, basierend auf einem Pilotstrecken-Test, ermittelt wurden, die Wärmeübertragungszahl α bestimmt, die den Grad der Kühleigenschaften in der Schnellabkühlzone 13b wiedergibt und eine Funktion der Ausblasgeschwindigkeit des Kühlgases aus den Düsen 44 und der Beschaffenheit des Kühlgases darstellt und durch die folgende Gleichung (6) ausgedrückt wird. α = K·λa·Vb (a > 0 und b > 0), (6)wobei:

λ:: Variable, abhängig von der Art des Gases,
V:: Ausblasgeschwindigkeit,
K, a und b:: Konstanten

Aus Gleichung (6) wird ersichtlich, daß die Kühleigenschaften durch die Erhöhung der Ausblasgeschwindigkeit des Kühlgases, ohne teures 100% H₂-Gas zu verwenden, verbessert werden können, da die Wärmeübertragungszahl α mit einer höheren Ausblasgeschwindigkeit V des Kühlgases erhöht wird. Aber wenn die Ausblasgeschwindigkeit des Kühlgases über einen bestimmten Wert erhöht wird, dann steigen die Kosten für die Stromerzeugung, der für die Betreibung des Gebläses gebraucht wird, stark an und, zur gleichen Zeit, kann das Stahlband 26 zu flattern beginnen. Dieser Trend wird noch deutlicher, wenn der Anteil des N₂-Gases, das ein höhere relative Dichte besitzt, ansteigt. Dies geschieht, da die Kraft, die das Stahlband 26 zum Flattern bringt, hauptsächlich oder in einem Verhältnis von der kinetischen Energie des Ausblasgases abhängt, wobei die kinetische Energie E des Ausblasgases durch die folgende Gleichung (7) ausgedrückt wird. E = γ/2g·v2, (7)wobei:

γ:: relative Dichte des Gases,
g:: Schwerkraftbeschleunigung,
v:: Geschwindigkeit des Gasflusses.

Wenn das Stahlband 26 flattert, dann entsteht das Problem, daß das Stahlband 26 anstoßen kann, z. B. an die vorderen Enden der Düsen 44, und Kratzer bekommen kann. Um ein solches Problem zu vermeiden, wurden Versuche zum Messen der Grenze der Gas-Ausblasgeschwindigkeit, jenseits derer das Stahlband 26 anfängt zu flattern, durchgeführt, unter Verwendung der in 3 gezeigten Vorrichtung zur Schnellabkühlung 13c, wobei die Temperatur des Kühlgases konstant gehalten wurde (100°C) und Kühlgas mit verschiedenen H₂-Gas-Konzentrationen auf das Stahlband 26 geblasen wurde. Die gemessenen Ergebnisse sind in 10 dargestellt. Die Obergrenze der Ausblasgeschwindigkeit des Gases, die ein Flattern des Stahlbands 26 verhindert, wird etwas variiert, in Abhängigkeit von der Dicke t und der Spannung des Stahlbands 26. Auch wird durch Einengung des Abstands zwischen den in 3 dargestellten, stabilisierenden Rollen 25 der Trend des Stahlbands 26 zu flattern gemäßigt und daher kann die Ausblasgeschwindigkeit des Kühlgases dementsprechend erhöht werden.
Darüber hinaus wird die Temperatur des Kühlgases zu den Faktoren gezählt, die die Bedingungen der oben genannten Gleichung (6) beeinflussen. In der Vorrichtung zur Schnellabkühlung 13c, die in 3 dargestellt ist, wird das Kühlgas, das zur Kühlung des Stahlbands 26 verwendet wird, durch das Saugrohr 31 durchgesaugt und dann im Wärmetauscher 32 einem Wärmeaustausch ausgesetzt. Da kostengünstiges Wasser als Kühlmittel für den Wärmetauscher 32 verwendet wird, ist die Temperatur des Kühlgases, das durch den Wärmetauscher 32 geflossen ist, im Bereich von 80 bis 150°C. Vom ökonomischen Standpunkt aus jedoch wird, im Bereich der Schnellabkühlung, die Temperatur des Kühlgases vorzugsweise im Bereich von etwa 80 bis 100°C durch wirksameres Wärmetauschen gehalten. Es ist weiterhin möglich, zusätzlich ein Kühlgerät unter Verwendung von Fluorkohlenwasserstoff, Ammoniak oder ähnlichem als Kühlmittel in Verbindung mit dem Wärmetauscher 32 zu installieren, so daß die Temperatur des Kühlgases im Bereich von 30 bis 80°C gehalten werden kann. Dies ermöglicht eine leistungsfähigere Kühlung des Stahlbands 26.
Bei der Behandlung von CQ und EDDQ im Schnellabkühlvorgang ist es wünschenswert, daß die Abkühlgeschwindigkeit so festgesetzt wird, daß sie nicht so hoch ist, und die H₂-Gas-Konzentration wird so festgelegt, daß sie im Bereich von 1 bis 5% liegt. Bei diesen Bedingungen bzw. mit diesen Voraussetzungen sollte die Temperatur des Kühlgases vorzugsweise im Bereich von 80 bis 150°C liegen.
Wenn die Temperatur des Kühlgases unter 80°C abgesenkt wird, wie vorher erwähnt, muß das Kühlgerät installiert sein. Eine solche Installierung des Kühlgeräts verkompliziert die Konstruktion der Vorrichtung zur Schnellabkühlung 13c, macht die Wartung beschwerlich und erhöht die Betriebskosten, da der Stromverbrauch angehoben wird. Auf der anderen Seite, da keine strengen Bedingungen für die Abkühlgeschwindigkeit ge geben sind, wird davon ausgegangen, daß sogar dann, wenn die Temperatur des Kühlgases auf über 80°C erhöht wird, das Stahlband 26 nicht den kleinsten gegenteiligen Effekt zeigt. Indessen sind, wenn die Temperatur des Kühlgases auf über 150°C angehoben wird, die Kühleigenschaften nicht ausreichend, so daß das Stahlband 26 nicht auf die festgelegte Temperatur heruntergekühlt werden kann, vorausgesetzt, daß das Stahlband 26 mit einer normalen Durchlaufgeschwindigkeit gefahren wird.
Beim Bearbeiten von DQ, DDQ und Hochfestigkeitsstahl des Zwei-Phasen-Typus, welche eine hohe Abkühlgeschwindigkeit verlangen, wird die H₂-Gas-Konzentration beim Schnellabkühlen vorzugsweise so festgelegt, daß sie im Bereich von 30 bis 60% liegt und die Temperatur des Kühlgases im Bereich von 30 bis 150°C liegt. Wenn die Temperatur des Kühlgases unter 30°C abgesenkt wird, muß, wie vorher beschrieben, bei einer Rückführung bzw. einem wiederholten Durchlauf die Vorrichtung zur Schnellabkühlung von neuem mit dem erweiterten Wärmetauscher 32 und einem Kühlgerät versehen werden, die es ermöglichen, daß das Kühlgas gleich oder weniger als 30°C hat, aber solch eine Installation ist nicht praktisch durchführbar. Wenn die Ausblastemperatur des Kühlgases über 150°C angehoben wird, wie im Fall von CQ und EDDQ, dann werden die Kühleigenschaften unzureichend, so daß das Stahlband 26 nicht auf die festgelegte Temperatur gekühlt werden kann, vorausgesetzt daß das Stahlband 26 bei einer normalen Durchlaufgeschwindigkeit gefahren wird.
Im folgenden wird, wenn die H₂-Gaskonzentration im Kühlgas abgesenkt wird, die N₂-Gaskonzentration erhöht und die Kosten für das verwendete Kühlgas werden dementsprechend reduziert, da N₂-Gas preisgünstig ist. Auf der anderen Seite wird, wenn die H₂-Gaskozentration im Kühlgas abgesenkt wird, die Konzentration des N₂-Gases angehoben und die relative Dichte erhöht, mit der Folge, daß die Stromkosten, die durch die Betreibung des Gebläses 34 und ähnlichem entstehen, in die Höhe getrieben werden. Auch wenn die H₂-Gaskonzentration im Kühlgas angehoben wird, dann wird die Wärmeübertragungszahl α erhöht. 11 und 12 zeigen die einzelnen Ergebnisse des Experiments 1 und des Experiments 2, die durchgeführt wurden, um die Betreibungskosten des Kühlgases durch Variation der H₂-Gaskonzentration im Kühlgas unter den Bedingungen, die mit der oben genannten Gleichung (1) korrespondieren, zu untersuchen. Obwohl die Wärmeübertragungszahl α verringert wird, wenn die Menge des H₂-Gases im Kühlgas abnimmt, wird diese Reduktion durch den Anstieg der Ausblasgeschwindigkeit des Kühlgases von den Düsen 44 ausgeglichen.
11 zeigt den Index der Betreibungskosten des Kühlgases pro Tonne Stahlband 26, abhängig von der Bedingung, daß ein Stahlband mit einer Dicke von 0,798 mm und einer Breite von 1300 mm bei 270 m/min bearbeitet wird und die Temperatur des Stahlbandes schnell von 675°C auf 410°C abgekühlt wird.
12 zeigt den Index der Betreibungskosten des Kühlgases pro Tonne Stahlband, abhängig von der Bedingung, daß das Stahlband mit einer Dicke von 0,633 mm und einer Breite von 1300 mm bei 260 m/min bearbeitet wird und die Temperatur des Stahlbands schnell von 670°C auf 270°C herabgekühlt wird. In 11 und 12 stellt eine gestrichelte Linie die Kosten des Kühlgases dar, eine gepunktet-gestrichelte Linie die Stromkosten dar und die durchgezogene Linie die Gesamtkosten.
Die Betreibungskosten werden minimiert, wenn die H₂-Gaskonzentration im Kühlgas bei etwa 45% im Fall von 11 und bei etwa 55% im Fall von 12 liegt.
Danach wird die Wärmeübertragungszahl α berechnet, die sich ergibt, wenn die Kühleigenschaften, so wie die Form und das Feld bzw. die Anordnung der Düsen und die Ausblasgeschwindigkeit des Kühlgases festgelegt werden, auf der Basis der unten aufgeführten Gleichungen (8) und (9) unter Verwendung der gegebenen Daten, die aus dem Herstellungsexperiment bzw. Pilot-Versuch für die schnelle Abkühlung, wie in 13 dargestellt, ermittelt wurden. α = A·t·(i1 – i2)/(ΔT·θ), (8) ΔT = (T1 – T2)/ln(T1 – Tg)/(T2 – Tg), (9)wobei:

T₁:: Temperatur des Stahlbands auf der Eintrittsseite,
T₂:: Temperatur des Stahlbands auf der Austrittsseite,
i₁:: Enthalpie des Stahlbands auf der Eintrittsseite,
i₂:: Enthalpie des Stahlbands auf der Austrittsseite,
θ:: Durchlaufzeit des Stahlbands von der Eintrittsseite zur Austrittsseite der Schnellabkühlzone
A:: Konstante
t:: Dicke des Stahlbands
Tg:: Temperatur des Kühlgases

14 zeigt die Wärmeübertragungszahl α, die aus den Daten berechnet wurde, die durch die stufenweise Veränderung der H₂-Gaskonzentration mit der Ausblasgeschwindigkeit des Kühlgases bei 130 m/s und 100 m/s ermittelt wurden. Wie aus 14 ersichtlich wird, ist, wenn die H₂-Gaskonzentration 60 übersteigt, die Wärmeübertragungszahl α gesättigt. Dementsprechend wird eine deutliche Verbesserung des Kühleffekts nicht erreicht, auch nicht unter Verwendung von Kühlgas, das eine Konzentration von H₂-Gas über 60% besitzt.
Darüber hinaus wurde durch die Anwendung der Bedingungen der oben aufgeführten Gleichung (5), die von den metallurgischen Fragestellungen abgeleitet wurde, in 14 entdeckt, daß die Ausblasgeschwindigkeit V des Kühlgases nicht geringer als 100 m/s sein sollte und die Konzentration des H₂-Gases im Kühlgas nicht niedriger als 30% sein sollte, um der Gleichung (5) zu genügen.
Aus den Ergebnissen, die in 10 bis 14 gezeigt werden, läßt sich schließen, daß bei der Verarbeitung von DQ, DDQ und Hochfestigkeitsstahl des Zwei-Phasen-Typus im Schnellabkühlschritt die Kühleigenschaften, die geeignet sind, um den Bedingungen der oben genannten Gleichung (1) zu genügen, in ökonomischer Hinsicht erreicht sind, wenn Kühlgas mit einer H₂-Gaskonzentration von 30–60% verwendet wird. In diesem Bereich der H₂-Gaskonzentration beträgt die maximale Ausblasgeschwindigkeit des Kühlgases, bei der das Stahlband nicht flattert, 115 bis 150 m/s, wie in 10 dargestellt. Die Untergrenze der Ausblasgeschwindigkeit des Kühlgases jedoch, die sowohl mit den oben genannten anderen Kühlbedingungen, als auch mit der oben genannten Gleichung (5) übereinstimmt, beträgt 100 m/s. Wenn die Ausblasgeschwindigkeit des Kühlgases geringer ist als 100 m/s, dann können die Kühleigenschaften, die mit der oben genannten Gleichung (5) übereinstimmen, nicht erreicht werden.
Entsprechend den experimentellen Ergebnissen bildet sich, wenn die Ausblasgeschwindigkeit des Kühlgases niedriger ist als 100 m/s, eine feste Schicht (manchmal als Grenzschicht bezeichnet), die fest an der Oberfläche des Stahlbands angelagert ist, und die Wärmeübertragungszahl α wird dementsprechend reduziert. In bezug auf CQ (Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt) und EDDQ (Stahl mit extrem niedrigem Kohlenstoffgehalt), wird, da die Ausblasgeschwindigkeit des Kühlgases 80 bis 100 m/s beträgt, eine gewisse Menge der festen Schicht gebildet, wodurch die Kühlgeschwindigkeit herabgesetzt wird. Jedoch verlangen, wie vorher erwähnt, solche Produktklassen der Stähle nicht unbedingt eine hohe Abkühlgeschwindigkeit, so daß das Stahlband ohne Probleme hergestellt werden kann. Es ist nicht wünschenswert, die Ausblasgeschwindigkeit unter 80 m/s zu senken, da eine solche Ausblasgeschwindigkeit zu ungenügenden Kühleigenschaften führt und das Stahlband 26 nicht zu einer gewünschten Temperatur bei der regulären Durchlaufgeschwindigkeit abgekühlt werden kann. Es ist ebenfalls nicht erwünscht, die Ausblasgeschwindigkeit des Kühlgases auf über 100 m/s anzuheben, da die resultierende Kühlgeschwindigkeit zu stark ist und der Stromverbrauch des Gebläses 34 über einen vernünftigen Stromverbrauch hinausgeht.
Während die vorhergehende Realisierung in Verbindung mit den spezifischen numerischen Werten für ein leichteres Verständnis dieser Erfindung beschrieben wurde, kann die Erfindung natürlich in dem Bereich, der nicht jenseits des Rahmens der Erfindung liegt, verändert werden und alles diese Veränderungen sind ebenfalls mit in diese Erfindung einbezogen.
Mit dem Primärkühlverfahren in kontinuierlich geglühten Stahlbändern entsprechend dieser Erfindung, die einen Aufheizschritt, einen Durchwärmeschritt und einen Primärabkühlschritt, der mindestens einen Schnellabkühlschritt in dessen zweiter Hälfte, einen Überalterungsschritt und einen Endkühlschritt enthält, aufweist eine H₂-Gas-haltige Inertgasatmosphäre im Schnellkühlschritt verwendet und zwischen zwei H₂-Gaskonzentrations-Bereichen von 1 bis 5% und von 30 bis 60% umgeschaltet, abhängig von der gewünschten Abkühlgeschwindigkeit des Schnellabkühlschritts entsprechend den Produktklassen der Stahlbänder. Dementsprechend können verschiedene Stähle mit unterschiedlichen gewünschten Eigenschaften im Schnellabkühlschritt verarbeitet werden, wobei die Kühlbedingungen den einzelnen Stählen entsprechen. Der Verbrauch des teuren H₂-Gases wird stark eingespart. Da die richtige Menge an H₂-Gas immer in das Kühlgas eingemischt werden kann, unabhängig von den Produktklassen der Stähle, kann der überhöhte Verbrauch von H₂-Gas vermieden werden, wobei die Gefahr einer Gasexplosion herabgesetzt und die Sicherheit und die Betreibungsbedingungen der Abkühloperation verbessert werden können. Ferner kann, da mehrere Produktklassen der Stähle unter Verwendung der gleichen Vorrichtung für das kontinuierliche Glühen von Stahlblech geglüht werden können, der Bearbeitungsbereich ausgeweitet werden oder die kontinuierliche Glühbearbeitung wird vielseitig verwendbar, wodurch die Flexibilität der kontinuierlichen Glühbearbeitung gefördert wird.
Darüber hinaus können im oben erwähnten Primärkühlverfahren entsprechend dieser Erfindung, wenn die Ausblastemperatur des Kühlgases 30 bis 150°C und die Ausblasgeschwindigkeit des Kühlgases 80 bis 150 m/s beträgt, die optimalen Kühlbedingungen, die sowohl den Kühlkapazitäten als auch den ökonomischen Bedingungen genügen, durch die genaue bzw. richtige Festlegung der Temperatur und der Ausblasgeschwindigkeit des Kühlgases zusätzlich zu der genauen bzw. richtigen Festlegung der H₂-Gaskonzentration im Kühlgas, entsprechend der Abkühlgeschwindigkeiten, die bei den verschiedenen Produktklassen der Stähle erforderlich sind, erhalten werden.

Claims

Primärkühlverfahren für das kontinuierliche Glühen von Stahlbändern verschiedener Stähle, welches einen Aufheizschritt, einen Durchwärmeschritt, einen primären Abkühlschritt einschließlich mindestens eines Schnellabkühlschritts in dessen zweiter Hälfte, einen Überalterungsschritt und einen Endabkühlschritt unter Verwendung eines Blasgasbehälters enthält, wobei Düsen in dem Blasgasbehälter angeordnet sind, so daß ein gesamter Öffnungsbereich der Düsen 2 bis 4% der Frontoberfläche des Blasgasbehälters einnimmt und der Ausblasabstand von den Endspitzen der Düsen zur Oberfläche des vertikal laufenden Bands höchstens 70 mm beträgt, wobei eine Inertgasatmosphäre, die H₂-Gas enthält, als Kühlgas im Schnellabkühlschritt verwendet wird und die H₂-Gaskonzentration zwischen zwei Bereichen von 1 bis 5% und von 30 bis 60% gewechselt wird, abhängig von der gewünschten Abkühlgeschwindigkeit des Schnellabkühlschritts entsprechend den Produktklassen der Stahlbänder, wobei eine Ausblastemperatur des Kühlgases 30 bis 150°C beträgt und eine Ausblasgeschwindigkeit des Kühlgases 80 bis 150 m/s beträgt und die Produktklassen der Stahlbänder in zwei Chargen oder Gruppen eingeteilt werden, die eine niedrige Abkühlgeschwindigkeit bzw. eine hohe Abkühlgeschwindigkeit verlangen, und die H₂-Gaskonzentration beim Ändern der Chargen oder Gruppen verändert wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens von Anspruch 1, wobei die Vorrichtung eine Heizzone, eine Durchwärmezone, eine primäre Kühlzone, einschließlich einer Schnellabkühlzone mindestens in ihrer zweiten Hälfte, in der das Band vertikal läuft, eine Überalterungszone und eine Endkühlzone enthält, wobei die Schnellabkühlzone einen Blasgasbehälter mit Düsen, die so angeordnet sind, daß ein gesamter Öffnungsbereich der Düsen 2 bis 4% der Frontoberfläche des Blasgasbehälters einnimmt und der Ausblasabstand von den Endspitzen der Düsen zur Oberfläche des vertikal laufenden Bands höchstens 70 mm beträgt, einen H₂-Gassensor zum Messen der H₂-Gaskonzentration in dem Kühlgas im Blasgasbehälter und eine Einrichtung zum Umschalten zwischen den zwei H₂-Gaskonzentrationsbereichen, eine Einrichtung zur Steuern der Ausblastemperatur des Kühlgases innerhalb der Ausblastemperatur und eine Einrichtung zum Steuern der Ausblasgeschwindigkeit des Kühlgases innerhalb des Ausblasgeschwindigkeitsbereichs aufweist.