EP0156147A1 - Method and device for annealing metal work pieces - Google Patents

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EP0156147A1
EP0156147A1 EP85101547A EP85101547A EP0156147A1 EP 0156147 A1 EP0156147 A1 EP 0156147A1 EP 85101547 A EP85101547 A EP 85101547A EP 85101547 A EP85101547 A EP 85101547A EP 0156147 A1 EP0156147 A1 EP 0156147A1
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furnace
opacity
protective gas
volume flow
annealing
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EP85101547A
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Thomas Dipl.-Ing. Mahlo
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Abstract

1. A method for annealing metal parts under a protective gas in a furnace into which the protective gas is intermittently introduced at maximum volume flow, characterised in that the protective gas is introduced at maximun volume flow during the heating-up phase only within a time interval in which the opacity of the furnace atmosphere is greater than that of the furnace atmosphere at ambient temperature.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Glühen von Metallteilen unter Schutzgas in einem Ofen, in den das Schutzgas zeitweise mit einem maximalen Volumenstrom eingeleitet wird.The invention relates to a method and a device for annealing metal parts under protective gas in a furnace, into which the protective gas is temporarily introduced at a maximum volume flow.

Für das Glühen von Metallteilen sind verschiedene Methoden der Schutzgaszuführung bekannt, die sich unter anderem durch Beginn und Dauer der Schutzgaszuführung sowie durch die Schutzgasmenge und Schutzgasart unterscheiden.Various methods of shielding gas supply are known for the annealing of metal parts, which differ among other things by the start and duration of the shielding gas supply and by the shielding gas quantity and shielding gas type.

Für das Glühen in Festbundhaubenöfen beispielsweise das Blank- und Rekristallisationsglühen von kaltgewalzten Stahlbändern ist es unter anderem bekannt, nach dem Chargieren und dem Absenken der Haubenofen-Retorte auf den Ofensockel, jedoch vor dem Aufsetzen der Heizhaube einen maximalen Schutzgasvolumenstrom in die Retorte zu leiten. Unter diesem maximalen Volumenstrom ist hierbei ein Volumenstrom zu verstehen, bei dem innerhalb einer Stunde eine Schutzgasmenge in den Ofen geleitet wird, die dem Vier bis Zehnfachen des freien Ofenvolumens gleicht. Erfahrungsgemäß reicht ein derartiger Volumenstrom zum Spülen eines Ofens aus. Je nach Ofengröße werden zwischen 15 und 35 m' Schutzgas pro Stunde in den Ofen geleitet.For the annealing in fixed-top hood furnaces, for example the bright and recrystallization annealing of cold-rolled steel strips, it is known, among other things, to guide a maximum protective gas volume flow into the retort after charging and lowering the hood furnace retort onto the furnace base, but before putting on the heating hood. This maximum volume flow is to be understood here as a volume flow in which an amount of protective gas is fed into the furnace within one hour, which is four to ten times the free furnace volume. Experience has shown that such a volume flow is sufficient to rinse one Oven. Depending on the size of the furnace, between 15 and 35 m 'of protective gas are passed into the furnace per hour.

Der Zweck des Vorspülens vor dem Glühbeginn ist, den Sauerstoff zu verdrängen und die Gefahr einer Explosion zu vermeiden. Während der anschließenden Aufheizphase wird ebenfalls mit der maximalen Schutzgasmenge gespült. Dieser Ver- fahrensschritt allen Glühverfahren gemeinsam. In der nachfolgenden Haltephase wird ebenfalls mit der maximalen Schutzgasmenge gespült. Nach Erreichen der Sollglühtemperatur und dem Temperaturausgleich innerhalb der Metallteile wird der Schutzgasauslaß geschlossen. Während des gesamten Abkühlvorganges, d.h. bis zum Ende des Glühprozesses wird dem Ofen nur noch jene Schutzgasmenge zugeführt, die zur Deckung der Leckverluste erforderlich ist.The purpose of pre-rinsing before the start of glow is to displace the oxygen and to avoid the risk of explosion. During the subsequent heating phase, the maximum amount of protective gas is also flushed. This process step common to all annealing processes. In the subsequent holding phase, the maximum amount of protective gas is also flushed. After reaching the target annealing temperature and temperature compensation within the metal parts, the protective gas outlet is closed. During the entire cooling process, i.e. until the end of the annealing process, only the amount of shielding gas that is required to cover the leakage losses is fed to the furnace.

Der Schutzgasverbrauch verursacht Kosten, die ein wesentlicher Teil der Glühkosten sind. Zur Senkung der Glühkosten wird daher ein möglichst niedriger Schutzgasverbrauch angestrebt. Ein sparsamer Schutzgasverbrauch darf jedoch nicht Glühränder oder eine geringere Bandsauberkeit verursachen.Shielding gas consumption causes costs that are a significant part of the annealing costs. To reduce the annealing costs, the lowest possible shielding gas consumption is therefore sought. However, economical shielding gas consumption must not cause smoldering edges or lower tape cleanliness.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art anzugeben, bei dem der Schutzgasverbrauch gegenüber herkömmlichen Verfahren ohne Beeinträchtigung der Qualität der geglühten Metallteile niedriger ist.The invention is therefore based on the object of specifying a method of the type described at the outset in which the protective gas consumption is lower than conventional methods without impairing the quality of the annealed metal parts.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Schutzgas dem Ofen während der Aufheizphase nur innerhalb eines Zeitraumes, in dem die Opazität der Ofenatmosphäre größer als die der Ofenatmosphäre bei Umgebungstemperatur ist, mit maximalem Volumenstrom zugeführt wird.This object is achieved in that the protective gas is supplied to the furnace during the heating phase only at a maximum volume flow within a period in which the opacity of the furnace atmosphere is greater than that of the furnace atmosphere at ambient temperature.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, daß der Ofen während der Aufheizphase nicht ständig mit dem maximalen Schutzgasvolumenstrom gespült werden muß. Vielmehr kann dem Ofen in bestimmten Zeitintervallen während der Aufheizphase ein erheblich geringerer Volumenstrom als der maximale Schutzgasvolumenstrom zugeführt werden, ohne daß die Qualität der geglühten Metallteile leidet. Erfindungsgemäß werden durch den Wert der Opazität der Ofenatmosphäre die Zeiträume festgelegt, in denen dem Ofen Schutzgas mit maximalem Volumenstrom oder mit niedrigem Volumenstrom zuzuführen ist.The method according to the invention is based on the knowledge reasons that the furnace does not have to be constantly flushed with the maximum flow of protective gas during the heating phase. Rather, the furnace can be supplied with a significantly lower volume flow than the maximum protective gas volume flow at certain time intervals during the heating phase, without the quality of the annealed metal parts suffering. According to the invention, the periods in which protective gas with a maximum volume flow or with a low volume flow is to be supplied to the oven are determined by the value of the opacity of the furnace atmosphere.

Unter der Opazität der Ofenatmosphäre ist hierbei das Lichtabsorptionsvermögen dieser Atmosphäre zu verstehen. Die Opazität ist abhängig vom Fremdschmutz, der in der Ofenatmosphäre vorhanden ist, vom Kohlenstoffanteil im Ofen und von der Emulsionsabdampfrate. Es wurde festgestellt, daß sich die Opazität - ausgehend von einem Wert der Opazität der Ofenatmosphäre bei Umgebungstemperatur, dem Umgebungswert - unmittelbar nach Beginn der Aufheizphase nur geringfügig ändert. Nach einer gewissen Zeit von beispielsweise etwa 2 Stunden nimmt die Opazität der Ofenatmosphäre jedoch stark zu um nach Erreichen eines Maximums wieder auf den Umgebungswert zu sinken. Dieser Wert wird beispielsweise innerhalb von 13 bis 18 Stunden erreicht (abhängig von Ofen- und Chargengröße).The opacity of the furnace atmosphere is to be understood here as the light absorption capacity of this atmosphere. The opacity depends on the foreign dirt that is present in the furnace atmosphere, on the carbon content in the furnace and on the emulsion evaporation rate. It was found that the opacity - starting from a value of the opacity of the furnace atmosphere at ambient temperature, the ambient value - changes only slightly immediately after the start of the heating phase. After a certain time of, for example, about 2 hours, the opacity of the furnace atmosphere increases sharply, however, after reaching a maximum, it drops back to the ambient value. This value is reached, for example, within 13 to 18 hours (depending on the furnace and batch size).

Erfindungsgemäß wird dem Ofen in der Aufheizphase nur dann Schutzgas mit maximalem Volumenstrom zugeführt, wenn die Opazität den eingestellten Sollwert übersteigt. Solange die Opazität der Ofenatmosphäre Umgebungswert besitzt oder nur geringfügig größer ist, reicht zur Spülung eines Glühofens ein kleinerer Volumenstrom als der maximale Volumenstrom aus. Der kleinere Volumenstrom liegt in einem Bereich zwischen dem die Leckrate des jeweiligen Ofens deckenden Schutzgasmenge und etwa der 2 bis 5-fachen Leckratenmenge.According to the invention, protective gas with a maximum volume flow is supplied to the furnace in the heating phase only when the opacity exceeds the setpoint value. As long as the opacity of the furnace atmosphere has an ambient value or is only slightly larger, a smaller volume flow than the maximum volume flow is sufficient for flushing an annealing furnace. The smaller volume flow lies in a range between the amount of shielding gas covering the leak rate of the respective furnace and about 2 to 5 times the amount of leak rate.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird folglich der Volumenstrom des Schutzgases an den zeitlichen Verlauf der Opazität der Ofenatmosphäre angepaßt. Während der gesamten Aufheizphase wird dem Ofen wenigstens ein die Leckrate deckender Volumenstrom zugeführt. Sobald die Opazität über den Umgebungswert oder einen geringfügig darüberliegenden Wert ansteigt, wird mit einem höheren Volumenstrom bis hin zum maximalen Schutzgasvolumenstrom gespült.In the method according to the invention, the volume flow of the protective gas is consequently adapted to the time course of the opacity of the furnace atmosphere. During the entire heating phase, at least one volume flow covering the leak rate is fed to the furnace. As soon as the opacity rises above the ambient value or a slightly higher value, flushing takes place with a higher volume flow up to the maximum protective gas volume flow.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren konnte beim Blank- und Rekristallisationsglühen von kaltgewalztem Stahlblech in der Aufheizphase eine Schutzgaseinsparung bis zu 70% gegenüber herkömmlichen Verfahren erzielt werden. Bezogen auf den gesamten Glühprozeß liegt die Schutzgaseinsparung - abhängig von der Leckrate des jeweiliaen Ofens - zwischen 25 und 50%. Trotz der geringeren Schutzgasmenge konnte dabei überraschenderweise eine erhöhte Bandsauberkeit festgestellt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit, Glühkosten zu senken. Außerdem wird die Qualität der nach dem vorgeschlagenen Verfahren hergestellten Produkte verbessert.With the method according to the invention, shielding gas savings of up to 70% compared to conventional methods could be achieved in bright and recrystallization annealing of cold-rolled steel sheet in the heating phase. Based on the entire annealing process is an inert gas injection arung p - depending on the leak rate of the furnace jeweiliaen - between 25 and 50%. Despite the lower amount of shielding gas, surprisingly, increased tape cleanliness was found. The method according to the invention thus makes it possible to reduce annealing costs. In addition, the quality of the products produced by the proposed method is improved.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbare Schutzgaseinsparung hat vermutlich folgende Ursachen: In den ersten Stunden (1,5 bis 2,5 Stunden) nach Glühbeginn ist die Emulsionsabdampfrate sehr niedrig, da die Temperatur im Ofen niedrig ist. Während dieser Zeit reicht eine Schutzgasmenge pro Zeiteinheit aus, die deutlich unter der maximalen Schutzgasrate liegt. Es wurde festgestellt, daß die Opazität innerhalb eines gewissen Zeitraumes nach Glühbeginn wieder auf den Umgebungswert absinkt. Der Zeitraum ist dabei unabhängig von der Stärke und derRauhtiefe der zu glühenden Metallteile (Stahlbänder) und außerdem unabhängig davon, ob die Metallteile (z.B. Stahlbänder nach dem Walzen) längere Zeit gelagert oder direkt in die Ofenanlage gebracht wurden. Der Zeitraum mit großen Opazitätswerten ist spätestens 17 Stunden nach Glühbeginn beendet. Von diesem Zeitpunkt an reicht zum Spülen des Ofens eine geringere Schutzgasmenge pro Zeiteinheit aus.The saving of protective gas that can be achieved with the method according to the invention presumably has the following causes: In the first hours (1.5 to 2.5 hours) after the start of annealing, the emulsion evaporation rate is very low, since the temperature in the furnace is low. During this time, an amount of shielding gas per unit of time that is well below the maximum shielding gas rate is sufficient. It was found that the opacity drops back to the ambient value within a certain period of time after the start of annealing. The period is independent of the thickness and the roughness of the metal parts to be annealed (steel strips) and also independent of whether the metal parts (e.g. steel strips after rolling) have been stored for a long time or have been brought directly into the furnace. The period with large opacity values ends at the latest 17 hours after the start of glow. From this point on, a lower amount of protective gas per unit of time is sufficient to purge the furnace.

Grundsätzlich ist es möglich, den Schutzgasvolumenstrom zu erhöhen, sobald die Opazität über den Umgebungswert ansteigt. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Schutzgas mit maximalem Volumenstrom nur innerhalb eines Zeitraumes in den Ofen geleitet, in dem die Opazität der Ofenatmosphäre um 2% und mehr, vorzugsweise um 5% und mehr größer als die Opazität des dem Ofen zugeführten Schutzgases ist. Diese Verfahrensweise hat sich in der Praxis als völlig ausreichend erwiesen.In principle, it is possible to increase the inert gas volume flow as soon as the opacity rises above the ambient value. According to an advantageous embodiment of the invention, the protective gas is fed into the furnace with a maximum volume flow only within a period in which the opacity of the furnace atmosphere is greater than the opacity of the protective gas supplied to the furnace by 2% and more, preferably by 5% and more. In practice, this procedure has proven to be completely sufficient.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht das Schutzgas aus Stickstoff und geringen Mengen an einem reduzierenden Zusatzgas, z.B. Wasserstoff. Mit einem derartigen Spülgasgemisch ist es nicht erforderlich, einen Ofen vor dem eigentlichen Glühen zu spülen. Das Ausspülen kann vielmehr mit dem Glühvorgang beginnen, da der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre sehr schnell von 21 VoL%unter 0,5 Vol.% fällt und die Temperatur der Retorte nur sehr langsam steigt und somit keine Explosionsgefahr besteht. Durch diese Maßnahme kann der Schutzgasverbrauch nochmals gesenkt werden.In a further embodiment of the invention, the protective gas consists of nitrogen and small amounts of a reducing additional gas, e.g. Hydrogen. With a flushing gas mixture of this type, it is not necessary to flush a furnace before the actual annealing. Rinsing can rather begin with the annealing process, since the oxygen content in the atmosphere quickly drops from 21% by volume to below 0.5% by volume and the temperature of the retort rises only very slowly and there is therefore no risk of explosion. The protective gas consumption can be reduced again by this measure.

Nach zwei Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, das Schutzgas geregelt in den Ofen einzuspeisen.According to two variants of the method according to the invention, it has proven to be particularly advantageous to feed the protective gas into the furnace in a controlled manner.

In der einen Variante wird die Opazität der Ofenatmosphäre kontinuierlich gemessen, der Meßwert mit einem Sollwert verglichen und dem Ofen Schutzgas automatisch mit maximalem Volumenstrom zugeführt, so lange die Opazität der Ofenatmosphäre oberhalb des Sollwertes liegt. In dieser Variante wird bei überschreiten des Sollwertes, der etwa dem Umgebungswert oder dem in Anspruch 2 angegebenen Wert gleicht, sofort Schutzgas mit maximalem Volumenstrom geleitet. Der maximale Volumenstrom wird erst wieder auf einen kleineren Volumenstrom abgesenkt, wenn die Opazität unter den einge-stellten Sollwert gesunken ist.In one variant, the opacity of the furnace atmosphere is measured continuously, the measured value is compared with a target value and the furnace shielding gas is automatically at maximum Volume flow supplied as long as the O p azität the furnace atmosphere lies above the set point. In this variant, if the target value is exceeded, which is approximately the same as the ambient value or the value specified in claim 2, protective gas with a maximum volume flow is passed immediately. The maximum flow is lowered again only on a smaller volume flow when the O azität p is less than its a g e-set target value.

Die zweite Variante ermöglicht eine noch bessere Anpassung der erfoderlichen Schutzgaszufuhr an die Opazität der Ofenatmosphäre und damit einen minimalen Schutzgasverbrauch. Dabei wird die Opazität der Ofenatmosphäre kontinuierlich gemessen und aufgrund eines Vergleichs des Meßsignals mit dem Sollwert ein Stellbefehl zur Erhöhung oder Drosselung der Schutzgaszufuhr im Sinn einer Angleichung des gemessenen Opazitätswertes an den Sollwert gegeben. In dieser Variante wird der Schutzgasvolumenstrom nach Überschreiten des Sollwertes mit wachsender Opazität allmählich vergrößert. Sobald die Opazität der Ofenatmosphäre wieder sinkt, wird auch die Schutzgaszufuhr gedrosselt.The second variant enables an even better adaptation of the required shielding gas supply to the opacity of the furnace atmosphere and thus minimal shielding gas consumption. The opacity of the furnace atmosphere is measured continuously and, on the basis of a comparison of the measurement signal with the setpoint, a control command for increasing or throttling the shielding gas supply is given in order to adjust the measured opacity value to the setpoint. In this variant, the protective gas volume flow is gradually increased with increasing opacity after the setpoint is exceeded. As soon as the opacity of the furnace atmosphere drops again, the shielding gas supply is also reduced.

Durch eine vollautomatische Regelung kann beim erfindungsgemäßen Verfahren eine beträchtliche Schutzgasmenge gespart und eine hohe Qualität der geglühten Metallteile gesichert werden.Fully automatic control saves a considerable amount of shielding gas in the method according to the invention and ensures high quality of the annealed metal parts.

In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Opazität der Ofenatmosphäre nicht innerhalb des Ofens, sondern nach dem Verlassen des Ofens zu messen.In a further variant of the method according to the invention, it has proven expedient not to measure the opacity of the furnace atmosphere inside the furnace, but after leaving the furnace.

In einer geringe Investitionskosten erfordernden vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Volumenstrom etwa 1 bis 3 Stunden nach Glühbeginn auf maximalen Volumenstrom vergrößert und bei Erreichen einer Chargentemperatur von 450°C bis 500°C wieder abgesenkt.In an advantageous embodiment of the invention requiring low investment costs, the volume flow is increased to maximum volume flow about 1 to 3 hours after the start of annealing and is reduced again when a batch temperature of 450 ° C. to 500 ° C. is reached.

Bei öfen mit gleicher Aufheizleistung sowie bei gleichwertigen Chargen wird diese Temperatur stets nach der gleichen Zeit erreicht. Daher hat sich in diesen Fällen eine andere, mit besonders geringen Investitionskosten verbundene Verfahrensweise als vorteilhaft erwiesen.This temperature is always reached after the same time for furnaces with the same heating output and for equivalent batches. In these cases, a different procedure associated with particularly low investment costs has therefore proven to be advantageous.

Das Schutzgas wird dem Ofen mit maximalem Volumenstrom gesteuert in Abhängigkeit von der Zeit zugeführt. Bei dieser Zeitplansteuerung wird der Volumenstrom durch einen Zeitplan eindeutig bestimmt. Der Zeitplan ist in einem Zeitplangeber gespeichert und das eingegebene Programm wird nach erfolgtem Start abgearbeitet. Während des Glühvorganges wird dabei beispielsweise zu einem Zeitpunkt, nachdem erfahrungsgemäß die Opazität der Ofenatmosphäre ansteigt, auf maximalen Schutzgasvolumenstrom geschaltet. Zu einem Zeitpunkt, nachdem die Opazität praktisch Umgebungswert angenommen hat, wird auf einen kleineren Volumenstrom zurückgeschaltet. In dieser Variante ist zwar keine direkte Rückkoppelung zwischen der Opazität der Ofenatmosphäre und der pro ZeiteinheitThe shielding gas is fed to the furnace with maximum volume flow depending on the time. With this schedule control, the volume flow is clearly determined by a schedule. The schedule is saved in a schedule provider and the entered program is processed after the start. During the annealing process, for example, at a point in time after experience has shown that the opacity of the furnace atmosphere rises, a switch is made to the maximum protective gas volume flow. At a point in time after the opacity has practically assumed an ambient value, the system switches back to a smaller volume flow. In this variant there is no direct feedback between the opacity of the furnace atmosphere and that per unit of time

zugeführten Schutzgasmenge vorhanden, jedoch ist bei dieser Variante der apparative Aufwand gering. Die damit verbundenen Kosten sind minimal.The amount of protective gas supplied is present, however, the outlay on equipment is low in this variant. The associated costs are minimal.

Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Glühofen, in den eine Zufuhr- und eine Abgasleitung münden, und ist gekennzeichnet durch eine an eine Regeleinheit angeschlossene, der im Ofen gebildeten Atmosphäre ausgesetzte Opazitätssonde, sowie durch eine der Zufuhrleitung parallel geschaltete Bypaßleitung mit einem an die Regeleinheit angeschlossenen Ventil. Ober die Zufuhrleitung kann der Ofen mit dem Basis Volumenstrom versorgt werden, der zur Deckung der Leckrate dient und die Schutzgasmengen liefert, die zum Ausspülen des Ofens erforderlich sind, solange die Opazität der Ofer atmosphäre im Bereich unter dem Umgebungswert liegen. Sobald durch die Opazitätssonde ein Anstieg der Opazität signalisiert wird, erfolgt durch die Regeleinheit ein Öffnen des Ventils in der Bypaßleitung. Der Basisvolumenstrom wird folglich durch einen Zusatzvolumenstrom ergänzt. Als Opazitätssonde eignen sich beispielsweise Partikelzähler oder eine nach dem photoelektrischen Prinzip arbeitende Sonde.A device suitable for carrying out the method essentially consists of an annealing furnace into which a supply line and an exhaust gas line open, and is characterized by an opacity probe connected to a control unit and exposed to the atmosphere formed in the furnace, as well as by a supply line connected in parallel Bypass line with a valve connected to the control unit. Via the supply line, the furnace can be supplied with the basic volumetric flow, which serves to cover the leak rate and supplies the shielding gas quantities that are required to flush the furnace, as long as the opacity of the external atmosphere is below the ambient value. As soon as an increase in opacity is signaled by the opacity probe, the control unit opens the valve in the bypass line. The base volume electricity is therefore supplemented by an additional volume flow. For example, particle counters or a probe that works according to the photoelectric principle are suitable as the opacity probe.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das Ventil in der Bypaßleitung ein Magnetventil. Dieses wird durch die Regeleinheit je nach dem aktuellen Wert der Opazität der Ofenatmosphäre geöffnet und geschlossen.According to an advantageous embodiment of the device according to the invention, the valve in the bypass line is a solenoid valve. This is opened and closed by the control unit depending on the current opacity value of the furnace atmosphere.

In einer bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann der Schutzgasvolumenstrom dem aktuellen Opaztätswert kontinuierlich angepaßt werden. In dieser Variante ist das Ventil in der Bypaßleitung ein Motorventil.In a preferred variant of the device according to the invention, the protective gas volume flow can be continuously adapted to the current opacity value. In this variant, the valve in the bypass line is an engine valve.

Eine prollemlose Messung der Opazität ist in einer anderen Ausbildung der Erfindung möglich, wenn die Opazitätssonde in der Ab;asleitung angeordnet ist.In another embodiment of the invention, a trouble-free measurement of the opacity is possible if the opacity probe is arranged in the drain line.

Die Schut gaszufuhr kann nicht nur automatisch geregelt, sondern nach einer besonders kostengünstigen Variante einer erfi dungsgemäßen Vorrichtung gesteuert erfolgen. Dazu ist in einer Bypaßleitung, die der Zufuhrleitung zum Ofen parallel geschaltet ist, ein Ventil angeordnet, dessen Schaltzustand von einem Zeitplangeber bestimmt wird.The Schut gas supply can not only be controlled automatically, but controlled according to a particularly inexpensive variant of a device according to the invention. For this purpose, a valve is arranged in a bypass line, which is connected in parallel with the supply line to the furnace, the switching state of which is determined by a schedule planner.

Besonders große Schutzgaseinsparungen lassen sich erzielen, wenn das erfindungsgemäßen Verfahren und eine der erfindungsgemäßen Vorrichtungen auf das Blank- und/oder Rekristallisationsglühen von kaltgewalztem Stahl in Festbundhaubenöfen oder auf das Glühen von Halbzeugbunden und NE-Metallhalbzeug angewendet wird.Particularly large shielding gas savings can be achieved if the method according to the invention and one of the devices according to the invention are applied to the bright and / or recrystallization annealing of cold-rolled steel in fixed-band hood furnaces or to the annealing of semi-finished products and non-ferrous metal semi-finished products.

Im folgenden werden anhand schematischer Skizzen Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.In the following, based on schematic sketches tion examples of the invention explained.

In den Figuren 1 bis 3 sind drei Gaseinspeisesysteme schematisch dargestellt, die eine geregelte bzw. gesteuerte Zuführung des Schutzgases in einen Ofen ermöglichen. In den Figuren sind gleiche Bauteile mit denselben Bezugsziffern versehen:

  • In einen Ofen 1 münden eine Zufuhrleitung 5 für Schutzaas sowie eine Abgasleitung 17. In der Zufuhrleitung sind in Strömungsrichtunq des Schutzgases ein Absperrventil 8, ein Durchflußmeßgerät 4, eine Regulierventil 11 und ein weiteres Absperrventil 9 angeordnet. Der Zufuhrleitung 5 ist eine Bypaßleitung 18 parallel geschaltet, die in Strömungsrichtung nach dem Absperrventil 8 abzweigt und vor dem Absperrventil 9 wieder in die Zufuhrleitung mündet. In der Bypaßleitung 18 ist ein weiteres Durchflußr.teßgerät 10 angeordnet. Das Ofenabgas verläßt den Ofen über eine Abgasleitung 17.
In Figures 1 to 3, three gas feed systems are shown schematically, which allow a regulated or controlled supply of the protective gas in an oven. The same components are provided with the same reference numbers in the figures:
  • A supply line 5 for protective gases and an exhaust gas line open into a furnace 1. A shut-off valve 8, a flow meter 4, a regulating valve 11 and a further shut-off valve 9 are arranged in the supply line in the flow direction of the protective gas. The bypass line 5 is connected in parallel to a bypass line 18, which branches off in the flow direction after the shut-off valve 8 and opens again into the feed line before the shut-off valve 9. A further flow meter 10 is arranged in the bypass line 18. The furnace exhaust gas leaves the furnace via an exhaust line 17.

Gemäß Figur 1 und Figur 2 ist in der Abgasleitung eine Opazitätssonde 2 angeordnet, in der das Absorptionsvermögen, das heißt die Opazität der Ofenatmosphäre gemessen und ein Meßsignal gebildet wird. Das Meßsignal wird zu einer Regeleinheit 3 geleitet.According to FIG. 1 and FIG. 2, an opacity probe 2 is arranged in the exhaust gas line, in which the absorption capacity, that is to say the opacity of the furnace atmosphere, is measured and a measurement signal is formed. The measurement signal is passed to a control unit 3.

Gemäß Figur 1 ist Regeleinheit 3 an ein Motorventil 13 in der Bypaßleitung 18 angeschlossen. Im Ausführungsbeispiel sollen kaltgewalzte Stahlbänder im Ofen 1 durch Blark-bzw. Rekristallisationsglühen behandelt werden. Dazu werden z.B. drei zu einem Coil aufgewickelte Stahlbänder auf den Sockel des Ofens 1 gesetzt und eine Retorte über die Coils abgesenkt. Eine Dichtung zwischen Retorte und Sockel verhindert allzugroße Leckraten. Sobald die Heizhaube auf den Sockel aufgesetzt ist, wird beim erfindungsgemäßen Verfahren mit dem Spülen der Retorte und dem Aufheizen begonnen. Dazu wird ein aus Stickstoff bestehendes Schutzgas, dem beispielsweise 2,5 Vol.% Wasserstoff zugesetzt sind, über Leitung 5 durch die geöffneten Ventile 8 und 9 in den Ofen 1 geleitet. Ventil 13 ist noch geschlossen. Mit Ventil 11 wird der Volumenstrom eingestell im.Ausführungsbeispiel auf etwa 10 m3/h. Das Schutzgas durchströmt den Ofen 1 in Kontakt mit dem Coil und verläßt den Ofen über Abgasleitung 17 sowie über Lecks im Ofen. Wegen der Lecks ist es wichtig, daß dem Ofen stets eine minimale Schutzgasmenge zugespeist wird, die die Leckverluste durch Sockeldichtung und - bei älteren Ofenmodellen - Ventilatorwellendurchführung deckt und somit die Charge vor Oxidation bewahrt.According to FIG. 1, control unit 3 is connected to an engine valve 13 in the bypass line 18. In the exemplary embodiment, cold-rolled steel strips in the furnace 1 are to be blarked or Recrystallization annealing are treated. For this purpose, for example, three steel strips wound into a coil are placed on the base of furnace 1 and a retort is lowered over the coils. A seal between the retort and base prevents excessive leak rates. As soon as the heating mantle is placed on the base, the method according to the invention starts with rinsing the retort and started heating up. For this purpose, a protective gas consisting of nitrogen, to which, for example, 2.5% by volume of hydrogen is added, is passed via line 5 through the opened valves 8 and 9 into the furnace 1. Valve 13 is still closed. In the exemplary embodiment, the volume flow is set to approximately 10 m 3 / h with valve 11. The protective gas flows through the furnace 1 in contact with the coil and leaves the furnace via the exhaust pipe 17 and via leaks in the furnace. Because of the leaks, it is important that the furnace is always supplied with a minimal amount of shielding gas, which covers the leakage losses through the base seal and - in older furnace models - the fan shaft bushing and thus protects the batch from oxidation.

Mit Beginn der Aufheizphase werden auch die Opazitätssonde 2 und Regeleinheit 3 eingeschaltet. Die Opazität des Ofenabgases am Anfang der Aufheizphase, der Umgebungswert, dient als Ausgangsniveau für die Festlegung des Sollwertes der Opazität. Die Opazität wird beispielsweise anhand der Schwächung eines Lichtstrahles, der die Ofenatmosphäre durchsetzt bestimmt. Im Ausführungsbeispiel wird in der Regeleinheit ein Sollwert eingestellt, der etwa um 2% über dem Umgebungswert liegt.At the beginning of the heating phase, the opacity probe 2 and control unit 3 are also switched on. The opacity of the furnace exhaust gas at the beginning of the heating phase, the ambient value, serves as the starting level for determining the setpoint of the opacity. The opacity is determined, for example, on the basis of the weakening of a light beam that penetrates the furnace atmosphere. In the exemplary embodiment, a setpoint is set in the control unit, which is approximately 2% above the ambient value.

Steigt die Opazität des Ofenabgases im Verlauf der Aufheizphase durch abdampfende Walzölemulsion, so wird dieser Anstieg von der Opazitätssonde 2 erfaßt. über einen Meßwertumformer und Regeleinheit 3 wird bei Überschreiten des eingestellten Sollwertes ein Stellsignal an Motorventil 13 gegeben. Mit zunehmender Opazität wird Motorventil immer weiter geöffnet bis ein maximaler Volumenstrom von beispielsweise 20 m3/h erreicht ist. Mit abnehmender Opa-zität wird Motorventil 13 immer weiter geschlossen, bis die Opazität unter den eingestellten Sollwert sinkt. Von diesem Zeitpunkt an wird ausschließlich mit dem durch Leitung 5 strömenden Basisvolumenstrom gespült.If the opacity of the furnace exhaust gas increases in the course of the heating phase due to evaporating rolling oil emulsion, this increase is detected by the opacity probe 2. A control signal is sent to the engine valve 13 via a transducer and control unit 3 when the setpoint is exceeded. With increasing opacity, the engine valve is opened further and further until a maximum volume flow of, for example, 20 m 3 / h is reached. Engine valve is a capacity-decreasing O p always closed further 13 until the opacity below the set value decreases. From this point onwards, only with the Line 5 flowing base volume flow flushed.

Die Ausführungsform gemäß Figur 2 unterscheidet sich von der der Figur 1 dadurch, daß in der Bypaßleitung 18 anstelle eines Motorventils ein Magnetventil 14 sowie ein Regulierventil 12 angeordnet sind. Sobald die Opazität der Ofenatmosphäre den in Regeleinheit 3 eingestellten Sollwert überschreitet, wird durch die Regeleinheit 3 das Magnetventil 14 geöffnet, so daß der mit Regulierventil 12 eingestellte Volumenstrom über Bypaßleitung 18 strömt und dem Basisvolumenstrom zugemischt wird. In dieser Ausführungsform wird dem Ofen so lange Schutzgas mit maximalem Volumenstrom (z.B. 20 m3/h) zugeführt, wie die Opazität oberhalb des gewählten Sollwertes liegt. In den verbleibenden Zeitintervallen der Aufheizphase wird lediglich der Basisvolumenstrom (z.B. 10 m3/h) in den Ofen geleitet.The embodiment according to FIG. 2 differs from that of FIG. 1 in that a magnetic valve 14 and a regulating valve 12 are arranged in the bypass line 18 instead of a motor valve. As soon as the opacity of the furnace atmosphere exceeds the setpoint set in control unit 3, control unit 3 opens solenoid valve 14 so that the volume flow set with control valve 12 flows through bypass line 18 and is mixed into the base volume flow. In this embodiment, shielding gas with a maximum volume flow (for example 20 m3 / h) is supplied to the furnace as long as the opacity is above the selected setpoint. In the remaining time intervals of the heating phase, only the basic volume flow (eg 10 m 3 / h) is passed into the furnace.

Eine hinsichtlich der Investitionskosten sehr günstige Ausführungsform der Erfindung ist in Figur 3 dargestellt: Ein Magnetventil 15 wird von einem Zeitrelais 16 angesteuert. In dieser Ausführungsform ist der Schaltzustand des Relais 16 durch einen Zeitplan bestimmt, der aufgrund der Kenntnis des Opaztitäsverlaufs, der bei vorausgegangenen Glühprozessen gleicher Chargen ermittelt worden ist. Ventil 15 ist beispielsweise nach Glühbeginn zwei Stunden lang geschlossen, anschließend für die Dauer von 15 Stünden geöffnet und danach 55 Stunden lang geschlossen.An embodiment of the invention which is very favorable in terms of investment costs is shown in FIG. 3: A solenoid valve 15 is controlled by a timing relay 16. In this embodiment, the switching state of the relay 16 is determined by a schedule, which is based on the knowledge of the opacity process, which was determined in previous annealing processes of the same batches. Valve 15 is closed, for example, for two hours after the start of glow, then open for 15 hours and then closed for 55 hours.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß sich durch das erfindungsgemäße Verfahren eine erhebliche Schutzgaseinsparung erzielen läßt, da das Schutzgas nur in den erforderlichen Mengen und in den Zeiten in den Ofen geleitet wird, in denen Schutzgas tatsächlich zum Spülen gebraucht wird.In summary, it should be noted that it is possible to achieve arung p by the inventive process a significant protective gas one, since the protective gas is conducted only in the required amounts and the times in the oven, in which inert gas is actually used for rinsing.

Claims (15)

1. Verfahren zum Glühen von Metallteilen unter Schutzgas in einem Ofen, in den das Schutzgas zeitweise mit einem maximalen Volumenstrom eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgas dem Ofen während der Aufheizphase nur innerhalb eines Zeitraumes, in dem die Opazität der Ofenatmosphäre größer als die der Ofenatmosphäre bei Umgebungstemperatur ist, mit maximalem Volumenstrom zugeführt wird.1. A method for annealing metal parts under protective gas in a furnace, in which the protective gas is temporarily introduced with a maximum volume flow, characterized in that the protective gas during the heating phase of the furnace only within a period in which the opacity of the furnace atmosphere is greater than that the furnace atmosphere is at ambient temperature, is supplied with maximum volume flow. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgas mit maximalem Volumenstrom nur innerhalb eines Zeitraumes in den Ofen geleitet wird, in dem die Opazität der Ofenatmosphäre um 2% und mehr, vorzugsweise um 5% und mehr größer als die Opazität des dem Ofen zugeführten Schutzgases ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the protective gas is passed at maximum volume flow only within a period of time in which the opacity of the furnace atmosphere by 2% and more, preferably by 5% and more than the opacity of the Protective gas supplied to the furnace is. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgas aus Stickstoff und geringen Mengen an einem reduzierenden Zusatzgas besteht.3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the protective gas consists of nitrogen and small amounts of a reducing additional gas. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche.1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Opazität der Ofenatmosphäre kontinuierlich gemessen, der Meßwert mit einem Sollwert verglichen und dem Ofen Schutzgas automatisch mit maximalem Volumenstrom zugeführt wird, solange die Opazität der Ofenatmosphäre oberhalb des eingestellten Sollwertes liegt.4. The method according to any one of the claims . 1 to 3, thereby ge indicates that the opacity of the furnace atmosphere is measured continuously, the measured value is compared with a target value and protective gas is automatically supplied to the furnace at maximum volume flow as long as the opacity of the furnace atmosphere is above the set target value. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Opazität der Ofenatmosphäre kontinuierlich gemessen und aufgrund eines Vergleichs des Meßsignals mit dem Sollwert ein Stellbefehl zur Erhöhung oder Drosselung der Schutzgaszufuhr im Sinn einer Angleichung des gemessenen Opazitätswertes an den Sollwert gegeben wird.5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the opacity of the furnace atmosphere is measured continuously and, based on a comparison of the measurement signal with the target value, a control command for increasing or throttling the protective gas supply is given in the sense of an adjustment of the measured opacity value to the target value . 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Opazität des Ofenabgases gemessen wird.6. The method according to any one of claims 4 or 5, characterized in that the opacity of the furnace exhaust gas is measured. 7. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenstrom etwa 1 bis 3 Stunden nach Glühbeginn auf den maximalen Volumenstrom vergrößert und bei Erreichen einer Chargentemperatur von 450°C bis 500°C wieder abgesenkt wird.7. The method according to claim 7, characterized in that the volume flow is increased to the maximum volume flow about 1 to 3 hours after the start of annealing and is reduced again when a batch temperature of 450 ° C to 500 ° C is reached. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgas dem Ofen mit maximalem Volumenstrom gesteuert in Abhängigkeit von der Zeit zugeführt wird.8. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the protective gas is fed to the furnace in a controlled manner as a function of time, with the maximum volume flow. 9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 mit einem Glühofen, in den eine Zufuhr- und eine Abgasleitung münden, gekennzeichnet durch eine an eine Regeleinheit (3) angeschlossene, der im Ofen (1) gebildeten Atmosphäre ausgesetzte Opazitätssonde (2) sowie durch eine der Zufuhrleitung(5) parallel geschaltete Bypaßleitung (18) mit einem an die Regeleinheit (3) angeschlossenen Ventil (13,14).9. Apparatus for carrying out the method according to one of claims 1 to 6 with an annealing furnace, into which a supply and an exhaust pipe open, characterized by an opacity probe connected to a control unit (3) and exposed to the atmosphere formed in the furnace (1) ( 2) and one of the supply lines (5) bypass line (18) connected in parallel with a valve (13, 14) connected to the control unit (3). 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein Magnetventil (14) ist.10. The device according to claim 9, characterized in that the valve is a solenoid valve (14). 11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein Motorventil (13) ist.11. The device according to claim 9, characterized in that the valve is an engine valve (13). 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Opazitätssonde (2) in der Abgasleitung (17) angeordnet ist.12. Device according to one of claims 9 to 11, characterized in that the opacity probe (2) is arranged in the exhaust line (17). 13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 7 oder 8 mit einem Glühofen, in den eine Zufuhrleitung mündet, gekennzeichnet durch eine der Zufuhrleitung (5) parallel geschaltete Bypaßleitung (18), wobei in der Bypaßleitung (18) ein von einem Zeitplangeber (16) beaufschlagtes Ventil (15) angeordnet ist.13. An apparatus for performing the method according to one of claims 7 or 8 with an annealing furnace, into which a supply line opens, characterized by a bypass line (18) connected in parallel to the supply line (5), one in the bypass line (18) by a scheduler (16) acted upon valve (15) is arranged. 14. Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 13 auf das Blank- und/oder Rekristallisationsglühen von kaltgewalztem Stahl in Festbundhaubenöfen.14. Application of the method and the device according to claims 1 to 13 to the bright and / or recrystallization annealing of cold-rolled steel in fixed-top hood furnaces. 15. Anwendung des Verfahrens und der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 auf das Glühen von Halbzeugbunden und NE-Metallhalbzeug.15. Application of the method and the device according to one of claims 1 to 13 to the annealing of semifinished products and non-ferrous metal semifinished products.
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