DED0001037MA

DED0001037MA - Heat treatment of workpieces, in particular elongated annealing material, such as tubes or rods

Info

Publication number: DED0001037MA
Authority: DE
Inventors: Winfried Dr.-Ing. Krefeld Connert
Original assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Current assignee: Deutsche Edelstahlwerke AG
Publication date: 1951-04-05

Description

Metallische Werkstücke, vor allem solche aus Stahl, müssen bekanntlich häufig Wärmebehandlungen, insbesondere langandauernden Wärmebehandlungen, unterworfen werden. Dies gilt für Werkstücke der verschiedensten Formen, so auch für langgestreckte Werkstücke wie Rohre, Stäbe oder Stangen. Sofern solche Werkstücke aus höher legierten Stählen bestehen, ergeben sich häufig verwickelte Behandlungen, bei denen es auf die genaue Einhaltung eines bestimmten Temperatur-Zeitablaufes ankommt.It is known that metallic workpieces, especially those made of steel, often have to be subjected to heat treatments, in particular long-term heat treatments. This applies to workpieces of various shapes, including elongated workpieces such as tubes, rods or bars. If such workpieces are made of higher alloyed steels, complex treatments often result, in which it is important to adhere to a specific temperature-time sequence.

Im allgemeinen werden langdauernde Glühbehandlungen an Stangen oder Rohren im Stapel vorgenommen, d. h. es wird ein Herdwagen mit dem Glühgut vorgestapelt und der Wagen alsdann in den Ofen eingefahren. Um sicherzustellen, daß sämtliche Rohre oder Stangen des Stapels die gewünschte Temperatur aufweisen, auf der das Gut längere Zeit gehalten werden soll, muß langsam angewärmt werden. Wenn angenommen werden darf, daß die im Innern des Stapels befindlichen Rohre die notwendige Temperatur erreicht haben, wird die für den Werkstoff vorgesehene Glühtemperatur für die vorgeschriebene Zeit gehalten. Die Glühzeiten dürfen dabei nicht zu kurz bemessen werden, um sicherzugehen, daß auch ein im Stapelinnern befindliches Rohr hinreichend lange auf der vorgeschriebenen Temperatur gehalten wurde.In general, long annealing treatments are applied to bars or tubes in a stack; H. a bogie with the annealing material is pre-stacked and the carriage is then driven into the furnace. In order to ensure that all tubes or rods of the stack have the desired temperature, at which the material is to be kept for a long time, it is necessary to warm up slowly. If it can be assumed that the tubes inside the stack have reached the required temperature, the annealing temperature provided for the material is maintained for the prescribed time. The annealing times must not be too short in order to ensure that a tube inside the stack has also been kept at the prescribed temperature for a sufficiently long time.

Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß bei einer derartigen Handhabung nicht zu vermeiden ist, daß die außen im Stapel liegenden Werkstücke zu lange auf Temperatur gehalten werden bzw. daß bezüglich dieser Werkstücke die erwünschten oder vorgeschriebenen Glühtemperaturen überschritten werden, wenn die Werkstücke, die in der Mitte des Stapels liegen, auf die gewünschte Temperatur kommen bzw. hinreichend lange auf dieser Temperatur gehalten werden sollen.It is readily apparent that with such handling it cannot be avoided that the workpieces lying outside in the stack are kept at temperature for too long or that the desired or prescribed annealing temperatures are exceeded with regard to these workpieces if the workpieces that are in the Lie in the middle of the stack, come to the desired temperature or should be kept at this temperature for a sufficiently long time.

Es ist schon versucht worden, die Nachteile dieser Art des Glühens zu vermeiden, indem kontinuierlich gearbeitet wird. Es werden die Werkstücke fortlaufend hintereinander einzeln oder in geringer Anzahl durch die verschiedenen Temperaturzonen mit bestimmter Geschwindigkeit durchgesetzt. Infolgedessen sind insbesondere bei verwickelten Wärmebehandlungen außerordentlich lange Öfen erforderlich, wenn ein hinreichend hoher Durchsatz erzielt werden soll. Um bei hohen Durchsatzleistungen die Ofenlänge zu verkürzen, sind Tunnelöfen verwendet worden, in die nacheinander Herdwagen mit aufgestapeltem Glühgut eingefahren und durch einzelne Zonen des Ofens schrittweise hindurchgedrückt werden, die auf unterschiedlichen Temperaturen gehalten werden. Auf den einzelnen Herdwagen sind stirnseitig Trennwände aus feuerfestem Werkstoff aufgeführt, die mit durch den Ofen hindurchgefahren werden und selbsttätig die Zonenunterteilung des Ofens vornehmen. Diese Öfen haben erhebliche Nachteile. Zunächst einmal müssen die Öfen einen verhältnismäßig großen Querschnitt haben, der bezüglich der Temperaturverteilung schlecht zu beherrschen ist. Ferner können die Brenner des Ofens insbesondere in den Mittelzonen nicht beobachtet werden, so daß ein Ausfall eines Brenners oder der mangelhafte Betrieb einer oder mehrerer Brenner erst bemerkt wird, wenn das Glühgut untersucht wird; denn erst hierbei ergibt es sich dann, daß in irgendeiner Zone eine zu hohe oder zu niedrige Temperatur erreicht wurde. Öfen dieser Art haben sich daher in der Praxis insbesondere für verwickelte Glühbehandlung und hohe Anforderungen an die Güte der Erzeugnisse nicht bewährt. Dies gilt umsomehr, als die Nachteile der Glühöfen, in die ein Herdwagen mit Stapel eingefahren und ruhend durch alle Stufen der Wärmebehandlung hindurch behandelt wird, nicht vermieden werden, im Gegenteil kann das kontinuierliche Verfahren sogar dazu verführen, mit noch größeren Stapelgewichten zu arbeiten, wodurch die Gefahr vergrößert wird, daß die einzelnen Werkstücke des Stapels zwangsläufig unterschiedlich behandelt werden.Attempts have been made to avoid the disadvantages of this type of annealing by operating continuously. The workpieces are sequentially individually or in small number enforced through the various temperature zones at a certain speed. As a result, particularly with complex heat treatments, extremely long ovens are required if a sufficiently high throughput is to be achieved. In order to shorten the furnace length at high throughputs, tunnel furnaces have been used, into which bogies with stacked annealing material are inserted one after the other and pushed through individual zones of the furnace, which are kept at different temperatures. On the front side of the individual bogie hearths there are partition walls made of refractory material, which are driven through the furnace and automatically subdivide the furnace into zones. These ovens have significant disadvantages. First of all, the ovens must have a relatively large cross-section, which is difficult to control with regard to the temperature distribution. Furthermore, the burners of the furnace cannot be observed, especially in the central zones, so that failure of a burner or defective operation of one or more burners is only noticed when the material to be annealed is examined; because only then does it then emerge that a temperature that is too high or too low has been reached in any zone. Furnaces of this type have therefore not proven themselves in practice, in particular for complex annealing treatments and high demands on the quality of the products. This is all the more true as the disadvantages of annealing furnaces, in which a bogie with a stack is inserted and treated in a static manner through all stages of the heat treatment, cannot be avoided; on the contrary, the continuous process can even tempt you to work with even greater stack weights, which means the risk is increased that the individual workpieces of the stack are inevitably treated differently.

Die Erfindung will die Nachteile bekannter Verfahren vermeiden und dabei gleichzeitig die Güte der durchgesetzten Werkstücke verbessern und die Wärmkosten bei gleichzeitiger Verkürzung der Behandlungszeiten verringern. Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, insbesondere langgestrecktes Glühgut wie Rohre oder Stangen so zu behandeln, daß die Werkstücke im elektro-induktiven Vorschubverfahren einzeln auf die Warmbehandlungstemperatur, beispielsweise Glühtemperatur, gebracht werden.The invention aims to avoid the disadvantages of known methods and at the same time improve the quality of the workpieces passed through and reduce the heating costs while at the same time shortening the treatment times. To solve this problem, it is proposed to treat in particular elongated annealing material such as tubes or rods in such a way that the workpieces are individually brought to the heat treatment temperature, for example the annealing temperature, in the electro-inductive feed process.

Zum Halten auf der vorgeschriebenen Warmbehandlungstemperatur werden die Werkstücke unmittelbar anschließend an das induktive Aufheizen mit ihren erhitzten Abschnitten fortlaufend in einen Glühofen eingefahren.To keep them at the prescribed heat treatment temperature, the workpieces are continuously moved into an annealing furnace with their heated sections immediately after the inductive heating.

Die hierzu benötigte Einrichtung kann beispielsweise aus einem gas- oder elektrisch-beheizten Ofen mit Schrägherd bestehen. Stirnseitig wird eine von einer Induktionsspule umgebene Öffnung zum Einfahren des Gutes vorgesehen, und zwar in Höhe der höchsten Stelle des Herdes. Das Rohr oder die Stange rutscht auf dem Schrägherd selbsttätig abwärts und die nachfolgenden Werkstücke legen sich an das voraufgehende Werkstück an. Durch diese Maßnahmen wird eine starke Verminderung der Behandlungszeiten erreicht. Das Aufheizen der Werkstücke auf Glühtemperatur im fortschreitenden Verfahren geht mit Hilfe der Induktionsbeheizung außerordentlich rasch vor sich. Dem eigentlichen Glühofen wird die Arbeit des Aufheizens abgenommen und es ist nicht erforderlich, einen Herdwagen o. dgl. auf die Glühtemperatur zu bringen. Es ist vielmehr lediglich erforderlich, den Ofen auf die Glühtemperatur einzustellen und die einmal eingestellte Temperatur wird durch das Einfahren des Glühgutes nicht herabgesetzt, so daß lediglich dafür zu sorgen ist, daß Wärmestrahlungs- und Wärmeleitungs-Verluste ausgeglichen werden. Da das Glühgut auf die erforderliche Temperatur gebracht in den Ofen gelangt, setzt unmittelbar in diesem Zeitpunkt die Glühzeit ein, ohne daß es erforderlich wäre, länger auf Temperatur zu halten als der theoretisch für erforderlich ermittelten Glühzeit entspricht. Wenn die Behandlungszeit bezogen auf das Einzelwerkstück betrachtet wird, so ergibt sich für eine bestimmte Stahlsorte beispielsweise eine Behandlungsdauer von 50 Stunden nach dem bekannten Verfahren des Glühens im Stapel. Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung dagegen dauert die Behandlung des Einzelwerkstückes nur 14 Stunden. Das Glühgut ist einer genauen Temperaturkontrolle zugänglich und ein Überhitzen erscheint ausgeschlossen, desgleichen wird das Glühgut nicht mehr zu lange der Glühtemperatur unterworfen und es ist ohne weiteres verständlich, daß die Güte des Erzeugnisses wesentlich besser ist als des nach dem bekannten Verfahren behandelten.The device required for this can consist, for example, of a gas-heated or electrically-heated furnace with an inclined hearth. On the front side, an opening is provided, surrounded by an induction coil, for moving the goods in, specifically at the level of the highest point of the hearth. The pipe or rod automatically slides downwards on the inclined hearth and the following workpieces come into contact with the previous workpiece. These measures greatly reduce the treatment times. The heating of the workpieces to the annealing temperature as the process progresses is extremely rapid with the help of induction heating. The heating work is relieved of the actual annealing furnace and it is not necessary to bring a bogie hearth or the like to the annealing temperature. Rather, it is only necessary to set the furnace to the annealing temperature and once the temperature has been set, it is not reduced by the introduction of the annealing material, so that it is only necessary to ensure that heat radiation and heat conduction losses are compensated for. Since the material to be annealed is brought into the furnace at the required temperature, the annealing time starts immediately at this point, without it being necessary to maintain the temperature longer than the theoretically required annealing time. If the treatment time is considered in relation to the individual workpiece, then for a certain type of steel, for example, a treatment time of 50 hours results according to the known process of annealing in a stack. According to the method according to the invention, however, the treatment of the individual workpiece takes only 14 hours. The annealing material is amenable to precise temperature control and overheating appears to be impossible, the annealing material is no longer subjected to the annealing temperature for too long and it is readily understandable that the quality of the product is significantly better than that treated according to the known method.

Die erhebliche Verzunderung, die insbesondere bei dem bekannten Verfahren während des Aufheizens eintrat, wird vermieden. Während der Zunderanfall früher etwa 1% des eingesetzten Gutes betrug, ergeben sich jetzt Zundermengen von etwa 0,1% des Durchsatzes.The considerable scaling that occurred in particular in the known method during heating is avoided. While the amount of scale used to be around 1% of the material used, the amount of scale now amounts to around 0.1% of the throughput.

Der Grundgedanke der Ofenanordnung, nämlich ein Ofen mit Schrägherd, dem eine Induktionsspule für das fortschreitende Aufheizen des Glühgutes auf Behandlungstemperatur vorgeschaltet ist, kann im Rahmen der Erfindung abgewandelt werden. So ist es beispielsweise möglich, zwei oder mehrere Öfen mit Schrägherd hintereinander zu schalten, wobei Einrichtungen vorgesehen werden, um das Glühgut von Ofen zu Ofen zu transportieren. Hierzu können in an sich bekannter Weise Rollgänge, Kettenförderer o. dgl. benutzt werden und es ist selbstverständlich, daß diese Transporteinrichtungen ebenfalls beheizt sein können, um zu vermeiden, daß das Glühgut während des Transportes von Ofen zu Ofen an Temperatur verliert.The basic idea of the furnace arrangement, namely a furnace with an inclined hearth, which is preceded by an induction coil for the progressive heating of the material to be annealed to the treatment temperature, can be modified within the scope of the invention. For example, it is possible to connect two or more ovens with inclined hearths one behind the other, with devices being provided to transport the annealing material from oven to oven. For this purpose, roller tables, chain conveyors or the like can be used in a manner known per se and it goes without saying that these transport devices can also be heated in order to prevent the annealing material from losing temperature during transport from furnace to furnace.

Es kann auch im Ofen ein fahrbarer Rost o. dgl. vorgesehen werden, der mit einer geeigneten Schrägfläche den Herd bildet. Dieser Rost o. dgl. kann nach beendeter Wärmebehandlung mitsamt dem Glühgut aus dem Ofen ausgefahren werden. Er kann auch nach einem ersten Behandlungsabschnitt aus dem Ofen ausgefahren und in einen zweiten Ofen eingefahren werden, wo das Glühgut der Endbehandlung unterworfen wird. Es ist ferner möglich, die Induktionsspule mitsamt dem die Öffnung enthaltenden Teil vor dem Ofen verschiebbar anzuordnen, so daß jedes Werkstück an eine vorbestimmte Stelle eines waagerechten Herdes durch die Spule hindurch in aufgeheiztem Zustand in den Ofen eingefahren werden kann. Die Verschiebbarkeit kann dabei in waagerechter und/oder senkrechter Richtung vorgesehen sein, so daß es auch möglich ist, mit Beschickung durch die Induktionsspule hindurch im Ofen selbst einen Stapel aufzubauen, in welchem aber im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren von vornherein sämtliche Werkstücke die erforderliche Behandlungstemperatur aufweisen.A mobile grate or the like can also be provided in the oven, which forms the stove with a suitable inclined surface. This grate or the like can be removed from the furnace together with the annealing material after the heat treatment has ended. It can also be withdrawn from the furnace after a first treatment section and moved into a second furnace, where the material to be annealed is subjected to the final treatment. It is also possible to displaceably arrange the induction coil together with the part containing the opening in front of the furnace, so that each workpiece can be moved into the furnace in a heated state at a predetermined point of a horizontal hearth through the coil. The displaceability can be provided in the horizontal and / or vertical direction, so that it is also possible to build a stack in the furnace itself with charging through the induction coil, in which, however, in contrast to the known method, all workpieces have the required treatment temperature from the start exhibit.

In weiterer Ausgestaltung des Gedankens der Verschiebbarkeit der Induktionsspule kann die Anordnung auch so getroffen werden, daß zwei oder mehrere Öfen nebeneinander angeordnet werden, wobei eine verschiebbare Induktionsspule alle Öfen bedient, so daß im Arbeitsrhytmus die Induktionsspule nacheinander die einzelnenIn a further embodiment of the idea of the displaceability of the induction coil, the arrangement can also be made so that two or more ovens are arranged side by side, with one displaceable induction coil serving all ovens, so that the induction coil successively the individual

Öfen bedient, während die beschickten Öfen das Glühgut auf Temperatur halten bzw. auf die Temperatur abkühlen, bei der das Glühgut ohne Schaden aus dem Ofen entnommen werden kann.The furnace is operated while the furnace is loaded to keep the material to be annealed or to cool it down to the temperature at which the material to be annealed can be removed from the furnace without damage.

Die Glühöfen, die in Verbindung mit einer solchen Induktionseinrichtung arbeiten, können mit Vorteil der vereinfachten Wärmebehandlungsarbeit angepaßt werden, d. h. sie können niedriger gebaut und kleiner gehalten werden, wodurch sich nicht nur eine Einsparung an Wärmeenergie ergibt, sondern auch die Möglichkeit einer einfacheren Flammenführung gegeben ist. Insbesondere ist es möglich, den Luftfaktor bei derartigen Öfen den wärmetechnischen und qualitativen Erfordernissen genauestens anzupassen.The annealing furnaces working in conjunction with such an induction device can be adapted to take advantage of the simplified heat treatment work, i.e. H. they can be built lower and kept smaller, which not only saves heat energy, but also allows for a simpler flame guide. In particular, it is possible to adapt the air factor in such furnaces to the thermal and qualitative requirements as precisely as possible.

Die beschriebenen Maßnahmen, die in Verbindung mit dem Verfahren gemäß der Erfindung möglich erscheinen, sind nur beispielsweise und keineswegs erschöpfend angeführt; es ist vielmehr möglich, Abwandlungen vorzunehmen, ohne daß dadurch vom Grundgedanken der Erfindung abgewichen würde. Das Verfahren kann nicht nur für Glühbehandlungen, sondern auch für andersgeartete Aufheizvorgänge mit Vorteil angewendet werden. Sinngemäß können auch andere als langgestreckte Werkstücke behandelt werden, sofern es möglich ist, sie induktiv fortschreitend auf Temperatur zu bringen und schließlich ist es auch möglich, beispielsweise Werkstücke geringer Abmessungen im Induktionsheizverfahren auf einmal auf Temperatur zu bringen und sodann in den Ofen einzufahren. Die Maßnahmen gemäß der Erfindung sind ferner nicht auf die Behandlung von Stahlgegenständen beschränkt, sondern können auch angewendet werden bei der Behandlung von Werkstücken aus Metallen und Metallegierungen, bei denen sinngemäß ähnliche Wärmebehandlungen durchzuführen sind wie bei Stahlgegenständen.The measures described, which appear possible in connection with the method according to the invention, are only given by way of example and by no means exhaustively; rather, it is possible to make modifications without deviating from the basic concept of the invention. The process can be used with advantage not only for annealing treatments, but also for other types of heating processes. Similarly, other than elongated workpieces can also be treated, provided that it is possible to bring them to temperature progressively inductively and finally it is also possible, for example, to bring workpieces of small dimensions up to temperature at once using the induction heating process and then to run them into the furnace. The measures according to the invention are also not limited to the treatment of steel objects, but can also be used in the treatment of workpieces made of metals and metal alloys, for which similar heat treatments are to be carried out as for steel objects.

Claims

1.) A method for the heat treatment of workpieces, in particular elongated annealing material, such as pipes or rods, characterized in that the workpieces are individually brought to the heat treatment temperature, for example annealing temperature, in the electro-inductive feed process and then immediately continuously converted into an electrical one to keep them at the heat treatment temperature or gas-fired annealing furnace.

2.) Device for performing the method according to claim 1, characterized by a gas or electrically heated oven with an inclined hearth and an opening surrounded by an induction coil for moving the goods in at the level of the highest point of the hearth.

3.) Device according to claim 2, characterized by several ovens connected in series with an inclined hearth and devices for transporting the goods from oven to oven.

4.) Device according to claim 2 or 3, characterized in that the inclined hearth is formed by a mobile grate which can be extended from the furnace or moved from furnace to furnace.

5.) Device for performing the method according to claim 1, optionally in conjunction with devices according to claims 2, 3 or 4, characterized in that the induction coil can be moved in front of the end wall of the furnace or in front of the end walls of several furnaces.