DE69725792T2

DE69725792T2 - Vorrichtung zum induktiven Erwärmen und kontinuierliche Wärmebehandlungsanlage die eine solche Vorrichtung verwendet

Info

Publication number: DE69725792T2
Application number: DE69725792T
Authority: DE
Inventors: Claude Nivoche
Original assignee: Andritz Technology and Asset Management GmbH
Current assignee: Andritz Technology and Asset Management GmbH
Priority date: 1996-08-02
Filing date: 1997-08-01
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2017-08-02
Also published as: JP4011158B2; FR2752134A1; JPH10116680A; FR2752134B1; US5895599A; DE69725792D1; ATE253289T1; EP0822733B1; EP0822733A1; DE822733T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Induktionsheizvorrichtung für ein kontinuierlich in einer Schutzatmosphäre vorbeilaufendes metallisches Produkt.
Sie betrifft auch eine Anlage zur kontinuierlichen thermischen Behandlung eines vorbei laufenden Produkts, die eine solche Vorrichtung aufweist.
Diese Erfindung wendet sich ganz besonders an die thermische Behandlung in einer Schutzatmosphäre, wie sie in Heißbeschichtungsstrecken zur Galvanisierung, Aluminiumbeschichtung, etc. und in kontinuierlichen thermischen Behandlungsstrecken, wie kontinuierliche Glühstrecken für Stahlbleche oder Patentierungsstrecken für Stahldraht verwendet werden.
Die Verwendung von Induktionsheizvorrichtungen zum Erhitzen vorbeilaufender metallischer Materialien ist seit langem bekannt. Man verwendet im Allgemeinen eine Induktionseinrichtung, die aus einer oder mehreren Windungen besteht, welche von einem hochfrequenten Strom durchlaufen werden und die das vorbeilaufende Produkt vollständig umgeben. Diese Induktionseinrichtung erzeugt einen Längsfluß, das heißt, in Richtung der Vorbeibewegung des Produkts, und erlaubt somit das Erhitzen magnetischer Materialien.
Es ist auch eine Induktionsheizvorrichtung bekannt, die eine von einem Strom durchlaufene Windung aufweist, welche in einer parallelen Ebene zur Oberfläche des vorbeilaufenden Produkts angeordnet ist, derart, daß der hindurch gehende Magnetfluß senkrecht zu der Oberfläche des Produkts verläuft.
Wenn jedoch das vorbeilaufende Produkt nicht verkleidet ist und bei einer Temperatur behandelt wird, bei welcher die Gefahr besteht, daß es oxidiert, muß die Induktionsheizung in einer Schutzatmosphäre durchgeführt werden, wie einem Gemisch aus Stickstoff und Wasserstoff, und der Raum der Induktionsheizvorrichtung muß vollständig gegenüber Luft abgedichtet sein, um jegliche Oxidation des Produkts zu vermeiden.
In den bekannten Anwendungen dieses Typs einer Induktionsheizung, wie sie z. B. beschrieben sind in dem französischen Patent 2 688 802, wird eine Induktionsheizvorrichtung verwendet, die direkt im Inneren eines luftdicht verschlossenen Raumes angeordnet ist.
Diese Dichtigkeit, die ganz um das Induktionsmittel herum verwirklicht ist, muß Durchgänge, die auch abgedichtet sind, für die Zuleitungen und Ableitungen des elektrischen Stroms, der die Induktionseinrichtung versorgt, und für die Kühlwasserkreise, die zum Kühlen des Induktionsmittels bestimmt sind, vorsehen.
Diese Wasserkreise im Inneren des dichten Raumes liefern eine große Gefahr für die Qualität der Schutzatmosphäre, da das kleinste Wasserleck diese verunreinigt und die Gefahr mit sich bringt, daß das Produkt oxidiert wird.
Anderseits verkompliziert die Tatsache, die Induktionseinrichtung in dem dichten Raum anzuordnen, den Wartungsbetrieb enorm und macht es erforderlich, ausreichende Öffnungs- und Fördermittel vorzusehen, um die Gesamtheit der Induktionsvorrichtung aus dem Raum ziehen zu können.
Darüber hinaus muß, beim Herausziehen des Induktionsmittels, das zu behandelnde, vorbeilaufende Produkt notwendigerweise zerschnitten werden, wenn keine Öffnung in dem dieses vorbeilaufende Produkt umgebenden Induktionsmittel vorgesehen ist.
Ferner ist es notwendig, wenn die Induktionsmittel im Inneren eines Ofens angeordnet sind, eine nicht stromleitende und gegenüber sehr hohen Temperaturen widerstandsfähige Trägereinrichtung anzuordnen.
Schließlich impliziert jeder Eingriff auf die Induktionsmittel ein Anhalten der gesamten Anlage, wobei die Dichtigkeit gegenüber Luft und Gas nicht mehr sichergestellt ist.
Es sind auch Induktionsheizvorrichtungen bekannt, wie sie beschrieben sind in dem US Patent US 1,749,700 und in dem britischen Patent GB 2 155 740, in welchen die Induktionsmittel außerhalb eines gasdichten Raumes angeordnet sind, der so ausgebildet ist, daß eine Schutzatmosphäre um das vorbeilaufende metallische Produkt beibehalten wird. In diesen Ausführungsformen jedoch gibt es keinen elektrisch isolierten Raum, der sich über die Instruktionsmittel erstreckt.
Die leitenden Teile des Raumes können somit Sitz des elektrischen Stromes sein, der durch den von den Induktionsmitteln zurückkehrenden Induktionsfluß induziert wird.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, die vorgenannten Nachteile zu beseitigen und eine Induktionsheizvorrichtung für ein kontinuierlich in einer Schutzatmosphäre vorbeilaufendes metallisches Produkt vorzuschlagen, die eine bessere Dichtigkeit gegenüber Luft und Gas um dieses vorbeilaufende Produkt herum sicherstellt, einen erleichterten Zugriff auf die Induktionsmittel erlaubt und jede Überhitzung der Vorrichtung beschränkt.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Induktionsheizvorrichtung für ein kontinuierlich in einer Schutzatmosphäre vorbeilaufendes metallisches Produkt, die Induktionseinrichtungen und eine Isolierhülle aufweist, die thermisch und elektrisch isolierend und gasdicht ist und die um das vorbei laufende Produkt herum, zwischen dem Produkt und den Induktionsmiteln angeordnet ist, wobei die Induktionseinrichtungen wenigstens eine Spiralwindung aus einem Leitermaterial umfassen, die mit einem Hochfrequenz-Stromgenerator verbunden ist und sich um das vorbeilaufende Produkt in einer zur Durchlaufrichtung des Produkts senkrechtem Ebene er streckt, wobei die Isolierhülle im Inneren der Spiralwindung oder der Spiralwindungen der Induktionseinrichtungen angeordnet ist.
Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß sich die Isolierhülle in Durchlaufrichtung stromaufwärts und stromabwärts der Induktionseinrichtungen über einen ausreichenden Abstand erstreckt, um eine Zone zu erzeugen, die von dem Induktionsfluß durchströmt wird.
Diese Isolierhülle erlaubt es, eine Zone zu erzeugen, in welcher der Induktionsfluß ohne Aufheizung der metallischen Partie zu den Induktionseinrichtungen zurückkehrt.
Auf diese Weise wird aufgrund der Erfindung die Dichtigkeit nicht mehr um die Induktionsmittel herum verwirklicht, sondern einfach zwischen diesen Induktionsmitteln und den vorbeilaufenden Produkten.
Es ist nicht mehr notwendig, dichte Durchgänge für die Versorgung der Induktionsmittel mit Strom und Wasser vorzusehen.
Ferner stört der Zugriff auf die Induktionsmittel, insbesondere bei ihrer Demontage, nicht die Schutzatmosphäre, welche die vorbeilaufenden Produkte umgibt.
Da auch die Induktionsmittel die vorbeilaufenden Produkte vollständig umgeben, kann auf diese Induktionsmittel zugegriffen werden und können diese demontiert werden, wobei das vorbei laufende Produkt durch die Isolierhülle geschützt bleibt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfaßt diese Anlage einen Induktionsheizabschnitt, der eine Heizvorrichtung gemäß der Erfindung und einen Transfertunnel umfaßt, indem das vorbeilaufende Produkt einen einzigen Durchlauf zwischen der Induktionsheizvorrichtung und den Bearbeitungskammern ausführt.
Auf diese Weise erlaubt die Induktionsheizvorrichtung, daß das Stahlband bzw. der Stahldraht in dem Abschnitt des Ofens aufgeheizt wird, in welchem dieses Band bzw. dieser Draht nur einen einzigen Durchgang durch den Transfertunnel bewirkt, so daß auf den gesamten Umfang der Induktionsheizvorrichtung Umgebungsluft auftreffen kann.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich noch aus der nachfolgenden Beschreibung.
In den nur beispielhaft und nicht beschränkend beigefügten Zeichnungen ist:
1 eine schematische Ansicht, welche einen Teil einer Anlage zur Wärmebehandlung zeigt, die einen Heizabschnitt durch Induktion, die mit einer Aufbewahrungkammer bei mittlerer Temperatur zusammen hängt;
2 eine schematische Ansicht einer Induktionsheizvorrichtung gemäß der Erfindung;
3 eine hervorgehobene Ansicht einer Induktionsheizvorrichtung gemäß der Erfindung; und
3A eine vergrößerte Ansicht des Details A in 3.
Die Induktionsheizvorrichtung wird unten in einer Anwendung zur kontinuierlichen Wärmebehandlung eines vorbeilaufenden Produkts, wie einem Band 1, in Schutzatmosphäre beschrieben.
Dieser Typ einer Wärmebehandlung kann auch auf einen vorbeilaufenden Stahldraht angewendet werden.
Die Schutzatmosphäre ist im Wesentlichen zusammengesetzt aus einem Gemisch aus Stickstoff und Wasserstoff und erlaubt es, jede Oxydation des Produkts während der Behandlung zu vermeiden. In bekannter Weise kann eine solche Anlage aufeinanderfolgend eine Kammer zur Erhitzung des Bandes 1 auf eine Temperatur von 600 bis 900°C, eine Aufbewahrungskammer bei der Temperatur, eine Kammer zur langsamen Abkühlung, eine Kammer zur schnellen Abkühlung, einen Abschnitt zur Wiederaufheizung mittels Induktion, eine Aufbewahrungkammer bei mittlerer Temperatur und schließlich eine Kammer zur abschließenden Abkühlung umfassen.
In 1 verläßt das Band 1, links in der Figur, eine Kammer zur schnellen Abkühlung, durchquert einen Transfertunnel 3 und einen Abschnitt zur Erhitzung mittels Induktion, bevor es in eine Kammer zur Aufbewahrung bei mittlerer Temperatur 2 hinein bewegt wird.
Die unterschiedlichen Kammern zur Wärmebehandlung sind von Dichtemitteln umgeben, welche erlauben, im Inneren jeder dieser Kammern eine Schutzatmosphäre aus Reduktionsgas, zusammengesetzt aus einem Gemisch aus Stickstoff/Wasserstoff mit einem tiefen Taupunkt und einem sehr geringem Restgehalt an Sauerstoff zu konservieren.
Das Band 1 durchläuft diese Behandlungskammern 2 in ein oder mehreren vertikalen Bahnen, die durch Umlenkrollen getrennt sind.
Wie in 3 dargestellt ist, umfaßt die Induktionsheizvorrichtung gemäß der Erfindung Induktionsmittel 4 und eine Isolierhülle 7, nicht metallisch und gasdicht, die um das vorbeilaufende Produkt 1 herum, zwischen dem Produkt und den Induktionsmitteln 4 angeordnet ist. Die Isolierhülle 7 ist thermisch und elektrisch isolierend und kann somit das vorbei laufende Produkt mit einer nicht leitenden Hülle umgeben.
In diesem Beispiel und wie in 2 dargestellt ist, umfassen die Induktionsmittel 4 wenigstens eine Spiralwindung aus Leitermaterial, die mit einem Hochfrequenz-Stromgenerator 45 verbunden ist und sich um das vorbei laufende Produkt 1 herum erstreckt, und zwar in einer Ebene senkrecht zu der Durchlaufrichtung F des Produkts.
Die Isolierhülle ist somit im Inneren der Spiralwindung der Induktionsmittel 4 angeordnet.
Die Isolierhülle 7 erstreckt sich parallel zu der Durchlaufrichtung F stromaufwärts und stromabwärts der Induktionsmittel 4 über eine ausreichende Strecke, um eine Zone zu erzeugen, die von dem rückkehrenden Induktionsfluß durchquert wird.
Diese Strecke beträgt wenigstens etwa 200 mm und vorzugsweise 300 mm.
Da die Isolierhülle nicht leitend ist, ist sie nicht Sitz irgendeines Stromes, der durch den rückkehrenden Induktionsfluß induziert wird.
Richtig verstanden ist in 3 eine einzelne Induktionseinrichtung, die aus einer einzigen Spiralwindung gebildet wird, dargestellt. Mehrere Induktionseinrichtungen 4 könnten jedoch aufeinanderfolgend in Durchlaufrichtung F angeordnet sein, wobei die Induktionseinrichtungen durch einen Abstand von wenigstens 100 mm von einander getrennt sind, wobei eine einzige Isolierhülle 7 das Band 1 über den gesamten Abschnitt der Induktionsheizung schützt.
Diese Induktionsheizvorrichtung soll stromaufwärts oder zwischen den Behandlungskammern für das vorbeilaufende Produkt in Schutzatmosphäre angeordnet sein, wobei die Isolierhülle 7 in dichter Weise an diesen Behandlungskammern angeschlossen ist.
Die dichten Verbindungen können in bekannter Weise durch eine Flansch- und Nahtverbindung 8 oder durch jedes andere bekannte Verfahren verwirklicht sein.
Die Isolierhülle 7 wird in diesem Beispiel aus einer flexiblen Muffe 7 mit ein oder mehreren Lagen 7a aus einem thermisch und elektrisch isolierenden Tissue gebildet, die äußerlich einen Film 7b aus einem gasdichten und gegenüber einer Temperatur von wenigstens 100°C widerstandsfähigen Material verkleidet ist.
In diesem Beispiel, bei welchem die Umgebungstemperatur in dem Induktionsheizabschnitt niemals über 400°C steigt, wird die flexible Hülse 7 aus sieben Lagen 7a aus einem Glasfasergewebe gebildet, die äußerlich von einem Isolierfilm 7b verkleidet sind, der aus einem Polytetrafluorethylen gebildet ist. Das Isoliergewebe 7a der Muffe könnte auch aus keramischen Fasern gebildet sein. Die flexible Hülse 7 wird somit zwischen den Befestigungsflanschen 8 an jedem Ende in Spannung gehalten und durch den im Inneren des Ofens wirkenden Druck gegen die Innenwände der Induktionsmittel 4 gedrückt. Dieser Druck liegt in der Größenordnung von 1 bis 2 × 10² Pa.
Wenn die Induktionsheizvorrichtung in einer sehr heißen Anlage installiert werden soll, wie dem sogenannten Heizofen, kann die Isolierhülle 7 ferner eine Muffe 11 aus einem hitzebeständigen, nicht gasdichten Material aufweisen, welche das Äußere der Hülse verdoppelt.
Ferner kann man auch als Isolierhülle einen Mantel aus Isolierkeramik benutzen.
Wie in den 2 und 3A besser dargestellt ist, sind der oder die Induktionseinrichtungen 4 aus einer einzigen Spiralwindung mit rechtwinkligem Querschnitt gebildet, die das vorbeilaufende Produkt 1 umgeben und drei Metallbleche 42, 43, 44 aufweisen, auf welchen die Wasserschlangen 41 aufgeschweißt sind, welche die Induktionsmitel 4 kühlen können.
Die Metallbleche 42, 43, 44 sind in einer voneinander und eventuell vom Stromgenerator 45 demontierbaren Weise zusammen gebaut.
In diesem Beispiel umfaßt die Induktionseinrichtung 4 fünf Kupferbleche: zwei Bleche 43, die mit dem Stromgenerator 45 verbunden sind, zwei Bleche 42, die sich seitenweise erstrecken und die Flanken der parallelen Spiralwindung an dem vorbeilaufenden Band 1 bilden, und ein Blech 44, das die der Spiralwindung des Stromgenerators 45 gegenüber liegende Seite bildet. Diese Bleche sind miteinander durch lösbare Befestigungsmittel 46, wie Bolzen 46, genau verbunden, um einen perfekten elektrischen Kontakt sicher zu stellen.
Diese Struktur der Induktionseinrichtungen 4 erlaubt insbesondere durch Lösen der Befestigungen der Bleche auf die Induktionseinrichtungen 4 zuzugreifen, ohne das Band 1 zu zerschneiden und die Isolierhülle 7 zu zerbrechen.
In diesem Beispiel werden Stromfrequenzen von über 15 KHz und vorzugsweise von über 30 KHz verwendet.
Vorzugsweise wird die Gesamtheit des von den Induktionsmitteln 4 und der Isolierhülle 7 eingenommenen Raumes von einer Schutzverkleidung 9 umgeben, die nicht isoliert und jeden fortgesetzten elektrischen Stromkreis um Induktionseinrichtung herum vermeidet. Ferner sind auf beiden Seiten des Induktionsheizabschnitts Stabilisationsrollen 10 in der Lage, eine leichte Ablenkung des Bandes 1 herbei zu führen, um, wenn dies nötig ist, die Krümmung des Bandes 1 zu verringern und dieses mittig in den Induktionsmitteln 4 zu positionieren.
Die Gesamtheit der Bleche 42, 43, 44 und der Schlangen 41 wird im Allgemeinen aus Kupfer ausgeführt.
Ein Transfertunnel 3, in welchem das vorbeilaufende Produkt 1 einen einmaligen Durchgang macht, verbindet die Induktionsheizvorrichtung mit der Kammer zur schnellen Abkühlung (nicht dargestellt) und mit der Kammer zur Beibehaltung einer mittleren Temperatur 2.
Es ist wesentlich für die Wirkung, daß die Induktionsheizvorrichtung in einem Abschnitt des Ofens installiert ist, in welchem das Band nur einen einzigen Durchgang macht, um so einen Zugriff auf seinen gesamten Umfang bei Umgebungsluft zu haben.
Richtig verstanden, können zahlreiche Modifikationen dem oben beschriebenen Beispiel hinzu gefügt werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, wie er durch die Gesamtheit der Ansprüche definiert ist.

Claims

Induktionsheizvorrichtung für ein kontinuierlich in einer Schutzatmosphäre vorbeilaufendes metallisches Produkt (1), die Induktionseinrichtungen (4) und eine Isolierhülle (7) aufweist, die thermisch und elektrisch isolierend und gasdicht ist und die das vorbeilaufende Produkt (1) umgebend zwischen dem Produkt (1) und den Induktionseinrichtungen (4) angeordnet ist, wobei die Induktionseinrichtungen (4) wenigstens eine Spiralwindung aus einem Leitermaterial umfasst, die mit einem Hochfrequenz-Strom-Generator (45) verbunden ist und sich um das vorbeilaufende Produkt (1) in einer zur Durchlaufrichtung (F) des Produkts (1) senkrechten Ebene erstreckt, wobei die Isolierhülle (7) im Inneren der Spiralwindung oder der Spiralwindungen der Induktionseinrichtungen (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Isolierhülle (7) in Durchlaufrichtung (F) stromaufwärts und stromabwärts der Induktionseinrichtungen (4) über einen ausreichenden Abstand erstreckt, um eine Zone zu erzeugen, die von dem Induktionsfluss durchströmt wird, in der der Induktionsfluss zu den Induktionseinrichtungen ohne Aufheizung der metallischen Partie zurückkehrt.
Heizvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand mindestens 200 mm beträgt.
Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, die zwischen oder stromaufwärts von Behandlungskammern (2) des in der Schutzatmosphäre vorbeilaufenden Produkts (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierhülle (7) auf dichtende Weise mit den Behandlungskammern (2) verbunden ist.
Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierhülle (7) aus einer flexiblen Hülse (7) gebildet ist, die eine oder mehrere thermisch und elektrisch isolierende Stofflagen (7a) umfasst, außerhalb mit einem Film (7b) aus einem gasdichten Material verkleidet ist und eine Temperaturwiderstandsfähigkeit bis mindestens 100°C aufweist.
Heizvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der isolierende Stoff (7a) der Hülse (7) ein Stoff aus Glasfasern oder Keramikfasern ist.
Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Film (7b) aus Polytetrafluorethylen hergestellt ist.
Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierhülle zusätzlich eine Muffel aus hitzebeständigem Material umfasst, die außerhalb der Hülse (7) doubliert ist.
Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierhülle eine Umhüllung aus dichter Keramik ist.
Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionseinrichtungen eine einzige, im Querschnitt rechteckige Spiralwindung aufweisen, die das vorbeilaufende Produkt (1) umgibt und wenigstens drei Metallbleche (42, 43, 44) umfasst, die untereinander demontierbar und an einen Stromgenerator (45) montiert sind.
Vorrichtung für eine kontinuierliche thermische Behandlung eines unter Schutzatmosphäre vorbeilaufenden Produkts (1), wie eines Stahlstreifens oder eines Stahldrahts, mit mehreren aufeinanderfolgenden thermischen Bearbeitungskammern (2), dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Induktionsheizabschnitt, der eine Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 umfasst, und einen Transfertunnel aufweist, in dem das vorbeilaufende Produkt einen einzigen Durchlauf zwischen der Induktionsheizvorrichtung und den Bearbeitungskammern (2) ausführt.
Vorrichtung für eine kontinuierliche thermische Bearbeitung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtheit des Raumes, der die Induktionseinrichtungen (4) und die Isolierhülle (9) umfasst, von einem nicht dichtenden Schutzgehäuse (9) umgeben ist, das einen geschlossenen elektrischen Stromkreis um die Induktionseinrichtungen (4) vermeidet.
Vorrichtung zur thermischen Behandlung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass Stabilisatorrollen (10) beiderseits des Abschnitts der Induktionsheizung angeordnet und so ausgelegt sind, dass sie dem Streifen (1) eine leichte Ablenkung beibringen, um so die Bogenkrümmung des Streifens zu reduzieren und den Streifen (1) in der Mitte der Induktionseinrichtungen (4) zu positionieren.