EP0006841A2 - Vorrichtung zum kontinuierlichen Wärmebehandeln von Metallgut - Google Patents

Vorrichtung zum kontinuierlichen Wärmebehandeln von Metallgut Download PDF

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    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
    • C21D9/54—Furnaces for treating strips or wire
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    • C21D9/54—Furnaces for treating strips or wire
    • C21D9/56—Continuous furnaces for strip or wire
    • C21D9/62—Continuous furnaces for strip or wire with direct resistance heating

Definitions

  • the present invention relates to a device for the continuous heat treatment of elongated metal material, in particular wire.
  • the customary for this purpose systems generally consist of a Vor michmaschinermbad, usually a lead bath, which heats the feed-through wire 450-550 0 C.
  • This preheating bath which is brought to the temperature required for this by any means, is followed by a similar bath as a quenching bath.
  • Both baths are connected to a transformer, so that the wire, which is guided through the liquid metal quantities, on the path that it runs freely between the two baths, below Utilizing its ohmic resistance is heated.
  • the so-called glow path the temperature of about 1000 ° C required for austenitization, which is well above Ac 3, is reached within a very short time.
  • the aim of the present invention was therefore to provide a device which, on the one hand, maintains the ohmic resistance heating of the wire to be patented, which heating can be carried out easily, and, on the other hand, the device itself known method occurring high energy expenditure significantly reduced.
  • this aim is achieved by a device which generally understands two pans filled with liquid metal, preferably lead, one of which is designed as a preheating pan and the other as a quenching pan and which are both connected to the secondary winding of a transformer and which are characterized by this that the preheating pan is partially immersed in the quenching pan, the jacket of the preheating pan being completely electrically insulated from the liquid metal of the quenching pan with the highest possible heat permeability.
  • the quenching pan is equipped with a pump unit. If the capacity of the quenching pan exceeds that of the preheating pan by more than twice, the installation of a pump unit is recommended.
  • a conventional device that is suitable for circulating metal baths can serve as the pump unit.
  • the continuous circulation of the liquid metal in the quenching pan serves on the one hand to transport thermal energy into the immediate vicinity of the jacket of the preheating pan and on the other hand to avoid overheating in the wire entry zone.
  • the energy required for the annealing and austenitizing of the wire, which almost completely passes to the quenching bath in the course of the subsequent sorbitizing, is therefore used according to the invention for heating the preheating bath, since the preheating pan is almost completely washed by the liquid metal located in the quenching pan becomes.
  • the quenching pan is equipped with a combined heating and cooling unit.
  • the role of this aggregate consists in establishing the necessary temperature conditions when starting up the system or deriving any excess thermal energy at any time.
  • the device according to the invention makes it possible to keep the preheating bath always at a sufficiently high temperature without additional external energy supply.
  • the conditions required for the formation of the desired sorbitol structure namely a homogeneous temperature of 500-550 ° C., are achieved and the thermal energy given off by the glowing wire to the quenching bath is used sensibly. In this way, energy savings of up to 50% can be achieved compared to conventional resistance patent systems.
  • the quenching pan can be as elongated as possible. In a consistent continuation of this construction concept, one can also provide for the quenching pan to be divided into two compartments by a dam on the one hand, or to use two separate quenching pans, one of which contains the preheating pan and is connected to the other via flow channels.
  • the shells of the pans are expediently made of steel. It is possible to use an insulation layer in the form of a composite material when executing the jacket of the preheating pan. However, it is also possible to provide a sandwich construction in which an insulating layer, preferably made of ceramic material, is embedded between two steel jackets.
  • Fig. 1 a distinction is made between the pans with the preheating bath (10) and the quenching bath (20).
  • the jacket of the preheating pan (11) rests on the supports (13). It is equipped with an inner insulation (12), which electrically insulates the preheating bath (10) and the quenching bath (20) from one another and only allows a transfer of thermal energy.
  • the jacket of the preheating pan (11) and the jacket of the quenching pan (21) are connected to the secondary winding (31) of the transformer (30).
  • the metal baths (10) and (20) thus act as electrical contact baths for the wire (1) passed in the direction of the arrow.
  • the wire path (G) provided with dots corresponds to the glow path within which the wire is rapidly heated to approximately 1000 ° C.
  • the combined heating and cooling unit (22) is located inside the quenching bath (20) and is actuated when the device is started up and when excess energy is removed.
  • the wire (1) After passing through the preheating bath (10) and the annealing section (G), the wire (1) passes through the quenching bath (20) in the opposite direction and then passes through the circulating air-cooled cooling section (40).
  • Fiq. 2 shows the design of the device according to the invention with the quenching pan in an elongated form.
  • a pump unit (23) is also provided for transporting thermal energy into the immediate vicinity of the preheating pan.
  • the wire is always routed in the same direction.
  • the pump unit (23) acts in the opposite direction to the wire feed.

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Abstract

Eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Wärmebehandeln von langgestrecktem Metallgut, insbesondere von Draht, begreift generell zwei mit flüssigem Metall gefüllte Pfannen, von denen eine als Vorwärm- (10) und die andere als Abschreckpfanne (20) ausgebildet ist.
Der Mantel (11) der Vorwärmpfanne (10) sowie der Mantel (21) der Abschreckpfanne (20) sind mit der Sekundärwicklung (31) eines Transformators (30) verbunden. Der Draht (1) wird durch die in den Pfannen befindlichen Bäder geführt und über die Glühstrecke (G) zwischen den Pfannen elektrisch aufgeheizt. Nach dem Durchgang durch das Vorwärmbad (10) und die Glühstrecke (G) durchläuft der Draht (1) das Abschreckbad (20).
Zwecks Energieersparnis taucht die Vorwärmpfanne (10) teilweise in die Abschreckpfanne (20). Der Mantel (11) der Vorwärmpfanne (10) ist gegenüber dem Metall der Abschreckpfanne (20) wärmedurchlässig und gleichzeitig vollkommen elektrisch isoliert.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Wärmebehandeln von langgestrecktem Metallgut, insbesondere von Draht.
  • Eine der gebräuchlichen Arten der Wärmebehandlung von Draht ist das Patentieren, durch welches das Drahtgefüge über eine Austenitisierung möglichst vollständig in ein Sorbitgefüge überführt werden soll.
  • Bereits im Jahre 1930 ist mit Erfolg versucht worden das klassische Patentieren, bei welchem die Erwärmung des Drahtes auf die erforderliche Patentierungstemperatur in einen beheizten Ofenteil durch Strahlung erfolgt und demzufolge insbesondere bei dicken Drahtabmessungen eine verhältnismässig lange Aufenthaltszeit des Drahtes in den Anlagen erfordert, durch ein elektrisches Patentierverfahren zu ersetzen, bei welchem der Draht einer unmittelbaren Widerstandserhitzung unterworfen wird.
  • Die hierfür gebräuchlichen Anlagen bestehen generell aus einem Vorwärmbad, zumeist einem Bleibad, das den durchgeleiteten Draht auf 450-5500C aufheizt. Diesem Vorwärmbad, das durch beliebige Mittel auf die hierzu notwendige Temperatur gebracht wird, ist ein ähnliches Bad als Abschreckbad nachgeschaltet. Beide Bäder sind mit einem Transformator verbunden, so dass der durch die flüssigen Metallmengen geleitete Draht auf der Strecke, die er zwischen beiden Bädern frei durchläuft, unter Ausnutzung seines Ohm'schem Widerstands aufgeheizt wird. Durch gezielte Wahl der Transformatorenleistung, sowie der Länge der vom Draht durchlaufenden freien Strecke -der sog. Glühstrecke- wird innerhalb kürzester Zeit die zur Austenitisierung erforderliche Temperatur von etwa 1000°C, die deutlich oberhalb Ac3 liegt, erreicht. Beim nachfolgenden Durchlaufen des Drahtes durch das Abschreckbad, in welchem der Draht auf rund 500°C abgekühlt und während etwa 20 Sek. auf dieser Temperatur gehalten wird, erfolgt die Ausbildung des gewünschten feinkörnigen Sorbitgefüges.
  • Während erhebliche'Energiemengen zur Beheizung des Vorwärmbades benötigt werden, muss die durch den glühenden Draht in das Abschreckbad eingeführte thermische Energie wieder abgeführt werden, was einen weiteren energetischen und technischen Aufwand erforderlich macht. Das elektrische Widerstandspatentieren verbraucht in der Tat mehr Energie zum Betreiben der Metallbäder, als zum eigentlichen Widerstandserhitzen des Drahtes.
  • Es ist versucht worden, den Energieverbrauch dadurch zu senken, dass man den Draht durch Erhitzen in mindestens einem elektrischen Induktionsofen austenitisierte und ein einziges Metallbad gleichzeitig als Vorwärm-, sowie als Abschreckbad benutzte. Der Vorteil dieses Verfahrens, das in der Tat eine Senkung des gesamten Energieverbrauchs mit sich bringt, wird allerdings durch einen schwerwiegenden Nachteil wieder aufgehoben und zwar ist es erwiesenermassen nicht möglich, Drähte von einen Durchmesser oberhalb 3 nun problemlos durch einen Induktionsofen zu leiten, wenn man gleichzeitig die Aufheizgeschwindigkeit im Ofen und die Geschwindigkeit des Drahtvorschubs mit den metallurgischen Erfordernissen des Patentiervorgangs im Einklang halten muss.
  • Das Ziel der vorliegenden Erfindung bestand demnach darin, eine Vorrichtung zu schaffen, die einerseits die bequem durchführbare Ohm'sche Widerstandsaufheizung des zu patentierenden Drahtes beibehält und die andererseits den bei diesem an sich bekannten Verfahren auftretenden hohen Energieaufwand deutlich reduziert.
  • Erfindungsgemäss wird dieses Ziel erreicht durch eine Vorrichtung, die generell zwei mit flüssigem Metall, vorzugsweise Blei, gefüllte Pfannen begreift, von denen eine als Vorwärmepfanne und die andere als Abschreckpfanne ausgebildet ist und die beide mit der Sekundärwicklung eines Transformators verbunden sind und die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Vorwärmpfanne in der Abschreckpfanne teilweise eintauchend angeordnet ist, wobei der Mantel der Vorwärmpfanne gegenüber dem flüssigen Metall der Abschreckpfanne bei einer möglichst hohen Wärmedurchlässigkeit eine vollkommene elektrische Isolierung aufweist.
  • Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ist die Abschreckpfanne mit einem Pumpaggregat ausgerüstet. Uebersteigt die Kapazität der Abschreckpfanne die der Vorwärmpfanne um mehr als das Doppelte, so ist der Einbau eines Pumpaggregates jedenfalls zu empfehlen.
  • Als Pumpaggregat kann ein konventionelles Gerät dienen, das für das Umwälzen von Metallbädern geeignet ist. Das laufende Umwälzen des flüssigen Metalls in der Abschreckpfanne dient einerseits zum Transport thermischer Energie in die unmittelbare Umgebung des Mantels der Vorwärmpfanne und andererseits zum Vermeiden von Ueberhitzungserscheinungen in der Drahteintrittszone.
  • Die zum Glühen und Austenitisieren des Drahtes benötigte Energie, die im Verlauf des nachfolgenden Sorbitisierens nahezu vollständig an das Abschreckbad übergeht, wird erfindungsgemäss also zum Aufheizen des Vorwärmebades verwendet, da die Vorwärmepfanne von dem flüssigen Metall, das sich in der Abschreckpfanne befindet, nahezu ganz umspült wird.
  • Erfindungsgemäss ist die Abschreckpfanne mit einem kombinierten Heiz-Kühlaggregat ausgerüstet. Die Rolle dieses Aggregates besteht darin, die notwendigen Temperaturverhältnisse beim Anfahren der Anlage herzustellen, bzw. etwaige überschüssige thermische Energiemengen jederzeit abzuleiten.
  • Durch die erfindungsgemässe Vorrichtung wird es ermöglicht das Vorwärmbad ohne zusätzliche äussere Energiezufuhr stets auf einer genügend hohen Temperatur zu halten. Dazu erreicht man dass im Abschreckbad die zur Ausbildung des gewünschten Sorbitgefüges notwendigen Bedingungen, nämlich eine homogene Temperatur von 500-550°C herrscht und dass die durch den glühenden Draht an das Abschreckbad abgegebene thermische Energie sinnvoll genutzt wird. Gegenüber konventionellen Widerstandspatentieranlagen lässt sich auf diese Weise eine Energieersparnis von bis zu 50% erreichen.
  • Werden die Ausmasse des Abschreckbades so dass sie diejenigen des Vorwärmbades um das Doppelte überschreiten, so kann man vorsehen, die Abschreckpfanne in möglichst langgestreckter Form auszuführen. In einer konsequenten Weiterführung dieses Baukonzepts kann man auch vorsehen, die Abschreckpfanne einerseits durch eine Staumauer in zwei Abteile zu unterteilen oder andererseits zwei getrennte Abschreckpfannen einzusetzen, deren eine die Vorwärmpfanne enthält und mit der anderen über Durchflusskanäle verbunden ist.
  • Die Mäntel der Pfannen bestehen zweckmässigerweise aus Stahl. Es ist möglich bei der Ausführung des Mantels der Vorwärmpfanne eine Isolationsschicht in Form eines Verbundmaterials einzusetzen. Man kann jedoch auch eine Sandwich-Konstruktion vorsehen, in der zwischen zwei Stahlmänteln eine Isolierschicht vorzugsweise aus keramischem Material eingebettet ist.
  • Die Abbildungen zeigen schematische Darstellungen von zwei bevorzugten Ausführungen der erfindungsgemässen Vorrichtung.
    • Fig. 1 zeigt eine Ausführung mit symetrischer Anordnung von Vorwärm- und Abschreckpfanne zueinander, und Fig. 2 zeigt eine Ausführung mit der Abschreckpfanne in gestreckter Form.
  • In Fig. 1 unterscheidet man die ineinander angeordneten Pfannen mit dem Vorwärmbad (10) und dem Abschreckbad (20). Der Mantel der Vorwärmpfanne (11) ruht auf den Stützen (13). Er ist mit einer inneren Isolierung (12) ausgestattet, die das Vorwärmbad (10) und das Abschreckbad (20) elektrisch voneinander isoliert und lediglich einen Uebergang thermischer Energie gestattet.
  • Der Mantel der Vorwärmpfanne (11), sowie der Mantel der Abschreckpfanne (21) sind mit der Sekundärwicklung (31) des Transformators (30) verbunden. Die Metallbäder (10) und (20) wirken somit als elektrische Kontaktbäder für den in Pfeilrichtung hindurchgeleiteten Draht (1). Die mit Punkten versehene Drahtstrecke (G) entspricht der Glühstrecke innerhalb derer der Draht rasch auf etwa 1000°C aufgeheizt wird.
  • Im Inneren des Abschreckbades (20) befindet sich das kombinierte Heiz-Kühlaggregat (22), das beim Anfahren der Vorrichtung, sowie beim Abführen überschüssiger Energiemengen betätigt wird.
  • Nach dem Durchgang durch das Vorwärmbad (10) und die Glühstrecke (G) durchläuft der Draht (1) das Abschreckbad (20) in der entgegengesetzten Richtung und durchläuft abschliessend die umluftgekühlte Kühlstrecke (40).
  • Fiq. 2 zeigt die Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung mit der Abschreckpfanne in gestreckter Form. Hierbei wird zusätzlich ein Pumpaggregat (23) zum Transport von thermischer Energie in die unmittelbare Umgebung der Vorwärmpfanne vorgesehen.
  • Die Drahtführung erfolgt stets in der gleichen Richtung. Demzufolge wirkt das Pumpaggregat (23) hier in entgegengesetzter Richtung zum Drahtvorschub.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Wärmebehandeln von langgestrecktem Metallgut, insbesondere von Draht, die generell zwei mit flüssigem Metall, vorzugsweise Blei, gefüllte Pfannen begreift, von denen eine als Vorwärmpfanne und die andere als Abschreckpfanne ausgebildet ist und die beide mit der Sekundärwicklung eines Transformators verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmpfanne in der Abschreckpfanne teilweise eintauchend angeordnet ist, wobei der Mantel der Vorwärmpfanne gegenüber dem flüssigen Metall der Abschreckpfanne bei einer möglichst hohen Wärmedurchlässigkeit eine vollkommene elektrische Isolierung aufweist.
2. Vorrichtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Abschreckpfanne ein Pumpaggregat angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschreckpfanne ein kombiniertes Kühl-Heizaggregat aufweist.
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