EP0449030A2 - Verfahren zum Glühen von stählernem Glühgut - Google Patents

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EP0449030A2
EP0449030A2 EP91103759A EP91103759A EP0449030A2 EP 0449030 A2 EP0449030 A2 EP 0449030A2 EP 91103759 A EP91103759 A EP 91103759A EP 91103759 A EP91103759 A EP 91103759A EP 0449030 A2 EP0449030 A2 EP 0449030A2
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EP
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annealing
oxygen
chamber
annealing material
free
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Alexander Dipl.-Ing. Jurmann
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Linde GmbH
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Linde GmbH
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    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • 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
    • C21D9/56—Continuous furnaces for strip or wire
    • C21D9/561—Continuous furnaces for strip or wire with a controlled atmosphere or vacuum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • 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

Definitions

  • the invention relates to methods for the annealing of steel annealing material, in particular stainless steel, in continuous systems under protective gas, the annealing material being successively heated, annealed and cooled again in the protective gas atmosphere
  • the annealing of steel annealing material is often carried out in a continuous process in continuous plants or furnaces under a suitable protective gas, often gas atmospheres with a high hydrogen content.
  • a suitable protective gas often gas atmospheres with a high hydrogen content.
  • the problem here is that, according to new knowledge, boron contained in the annealing material is oxidized out of it during the annealing process. This boron oxide is subsequently reflected in the form of white dust in the downstream coolers, which are used to cool the annealing material, and reduces their cooling capacity so drastically over the course of a few weeks that production in the plant is interrupted and the coolers have to be replaced or cleaned . This results in a loss of production of at least one working day.
  • the object of the present invention is therefore to further reduce or completely eliminate the problem of white dust which leads to production downtimes in the case of continuous heat treatments.
  • This object is achieved according to the present invention in that the annealed material is subjected to a deoxidizing pretreatment before the actual annealing process, which at least largely removes the oxygen adsorbed on the surface of the annealed material and any oxygen compounds present on the surface.
  • said white dust consists essentially of boron oxides, which arise from the fact that the boron contained in the annealing material reacts with oxygen or oxygen compounds also present in the annealing system during the annealing process.
  • This "oxygen supply" in the annealing plant is probably caused by said adsorptive coating of the annealing material with oxygen and by the alloy oxides present in a surface layer, which are present above all in the case of passivated annealing material. The latter is particularly the case with stainless steel strips.
  • this process is now prevented by a deoxidizing treatment of the annealing material preceding the annealing.
  • the deoxidation of the annealing material can be brought about by various methods, for example by passing through an upstream heat chamber with an independent protective gas atmosphere separate from the annealing system or passing through a chamber at low pressure.
  • the deoxidizing pretreatment according to the invention consists in subjecting the annealing material to pickling with subsequent cleaning, this being carried out in a largely oxygen-free chamber
  • the execution in an oxygen-free atmosphere prevents the annealing material from being reloaded with oxygen after the pickling.
  • said oxygen-free chamber is produced by purging the chamber with oxygen-free gases, nitrogen or argon preferably being used on account of their inert and unproblematic properties and for reasons of cost.
  • An oxygen content of ⁇ 1 vpm is preferably maintained by means of oxygen monitoring.
  • the deoxidizing pickling is carried out by passing the annealing material through a conventional or electrolytic pickling bath, with an exposure time of at least 3 seconds being maintained.
  • a further, particularly effective process variant is that deoxidizing pretreatment is carried out by subjecting the annealing material to inductive heating, which is carried out particularly advantageously in a hydrogen-purged, oxygen-free chamber.
  • This process variant is particularly advantageous for predominantly adsorbed oxygen on the annealing material, since the quick, inductive heating achieves good and rapid oxygen desorption, which is additionally supported by the hydrogen atmosphere and its reducing effect.
  • a glow system suitable for carrying out the invention is characterized in that an essentially closed chamber provided with a gas supply line is arranged in front of the inlet zone into the glow system, said chamber containing a pickling bath, a cleaning station and transport devices for the annealing material through the chamber and its Includes facilities.
  • the second variant of the method is characterized by a device for inductive heating of the annealing material located in the chamber and also by corresponding transport devices.
  • the drawing shows the inlet area of a strip annealing plant with an upstream deoxidation chamber according to the invention.
  • the annealed material in the example described thus consists of a continuous steel strip 1 which is conveyed by means of rollers 2, 3, 4.
  • the steel strip 1 first runs into a chamber 5 and is deflected there by the rollers 2 and 3 in such a way that it is introduced into a pickling bath 6, which it leaves after the next roller 4 has been rotated.
  • the pickling bath 6 is followed by a cleaning station 7, after which the steel strip 1 passes from the chamber 5 into the actual annealing system, which adjoins the chamber 5 with its inlet tunnel 8.
  • the chamber 5 has it
  • the above-mentioned second method variant is shown in the drawing with the omission of the pickling bath 6 and the cleaning station 7 and the arrangement of an induction heating device between the rollers 3 and 4, for example.
  • nitrogen is now supplied to the chamber 5 via the gas feed line 9, for example, whereby the air and in particular the oxygen contained therein are displaced from the chamber 5.
  • the oxygen content in the chamber 5 is monitored by the control device 12, the nitrogen supply being controlled by the control unit 12 so that a certain oxygen content is no longer exceeded. This is preferably below 1 vpm.
  • This oxygen displacement serves to ensure that a steel strip deoxidized in the chamber 5 according to the invention can no longer be reloaded with oxygen or oxygen compounds before the annealing.
  • the deoxidation ie the removal of adsorbed oxygen or oxygen compounds present on the surface, takes place in the chamber 5 in that, according to the first method variant, the steel strip 1 is guided through the pickling bath 5 arranged in this chamber.
  • the pickling bath 5 contains a pickling acid which is also known from the passivation of steel material, for example 10% nitric acid.
  • a pickling acid which is also known from the passivation of steel material, for example 10% nitric acid.
  • the purpose aimed at with the present invention is achieved and the Oxygen on the steel strip is reduced so much that the formation of white dust is significantly reduced.
  • the steel strip is to be cleaned in order to remove the stain remaining on the strip, which can be accomplished by stripping and drying the steel strip.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Glühen von stählernem Gut in Durchlaufanlagen. In solchen kontinuierlich arbeitenden Anlagen tritt die Bildung eines, zu Betriebsunterbrechungen führenden sogenannten weißen Staubes auf, die gemäß vorliegender Erfindung dadurch fast vollständig beseitigt wird, daß das Glühgut vor dem eigentlichen Glühablauf einer entoxidierenden Vorbehandlung unterzogen wird, die auf der Oberfläche des Glühgutes adsorbierten Sauerstoff sowie gegebenenfalls an der Oberfläche befindliche Sauerstoffverbindungen zumindest weitgehend entfernt.

Description

  • Die Erfindung betrifft Verfahren zum Glühen von stählernem Glühgut, insbesondere Edelstahl, in Durchlaufanlagen unter Schutzgas, wobei das Glühgut aufeinanderfolgend in der Schutzgasatmosphäre aufgeheizt, geglüht und wieder abgekühlt wird
  • Das Glühen von stählernem Glühgut wird häufig in einer kontinuierlichen Verfahrensweise in Durchlaufanlagen oder -öfen unter geeignetem Schutzgas, häufig Gasatmosphären mit hohem Wasserstoffanteil, durchgeführt. Dabei besteht die Problematik, daß nach neuen Erkenntnissen während des Glühvorgangs im Glühgut enthaltenes Bor aus diesem heraus oxidiert wird. Dieses Boroxid schlägt sich in der Folge in Form von weißem Staub in den nachgeschalteten, zur Abkühlung des Glühgutes dienenden Kühlern nieder und vermindert deren Kühlleistung im Verlauf von einigen Wochen so drastisch, daß die Produktion in der Anlage unterbrochen und die Kühler ausgetauscht oder gereinigt werden müssen. Dies hat einen Produktionsausfall von wenigstens einem Arbeitstag zur Folge.
  • Eben beschriebene Problemstellung ist beispielsweise in "Stahl und Eisen" 107 (1987) Nr. 6, Seiten 267 bis 273, insbesondere 271, rechts unten, geschildert. Dort wird das Problem der durch weißen Staub verschmutzten Wärmetauscher dadurch gelöst bzw. vermindert, daß ein Einbau derselben so gewählt ist, daß diese einer schnellen Reinigung oder einem schnellen Austausch unterzogen werden können. Nichtsdestoweniger ist ein weiterer Verbesserungsbedarf in diesem Zusammenhang vorhanden.
  • Die Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, das Problem des bei kontinuierlichen Wärmebehandlungen zu Produktionsausfällen führenden weißen Staubes weiter zu vermindern oder ganz zu beseitigen.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß das Glühgut vor dem eigentlichen Glühablauf einer entoxidierenden Vorbehandlung unterzogen wird, die auf der Oberfläche des Glühgutes adsorbierten Sauerstoff sowie gegebenenfalls an der Oberfläche befindliche Sauerstoffverbindungen zumindest weitgehend entfernt.
  • Diese Vorgehensweise beruht auf der Erkenntnis, daß besagter weißer Staub nach neuen Analysen wesentlich aus Boroxiden besteht, die dadurch entstehen, daß das im Glühgut enthaltene Bor beim Glühvorgang mit ebenfalls in der Glühanlage vorhandenem Sauerstoff oder Sauerstoffverbindungen reagiert. Dieses "Sauerstoffangebot" in der Glühanlage ergibt sich ursächlich wahrscheinlich durch besagte adsorptive Belegung des Glühgutes mit Sauerstoff sowie durch die in einer Oberflächenschicht vorhandenen Legierungsoxide, die vor allem bei bereits passiviertem Glühgut vorhanden sind. Letzteres ist insbesondere bei Edelstahlbändern der Fall. Daß ein unerwünscht hohes Sauerstoffangebot in der Glühanlage besteht, kann daraus geschlossen werden, daß beispielsweise bei der Anwendung einer reinen Wasserstoffschutzgasatmosphäre diese etwa mit einem Wassergehalt von 1 vpm (volumes per million) eingespeist wird, sich jedoch im Ofen Gehalte bis zu mehr als 30 vpm H₂O einstellen. Das heißt, daß in die Wärmebehandlungsanlage über die Schutzgaszufuhr hinaus auf andere Weise Sauerstoff eingetragen wird, was über die bereits genannte Oberflächenbelegung erfolgt und in der Anlage zu höheren Wassergehalten führt.
  • Erfindungsgemäß wird nun dieser Ablauf durch eine der Glühung vorgeschaltete entoxidierende Behandlung des Glühgutes verhindert. Die Entoxidation des Glühgutes kann durch verschiedene Methoden bewirkt werden, beispielsweise durch das Durchlaufen einer vorgelagerten Hitzekammer mit eigenständiger, von der Glühanlage getrennter Schutzgasatmosphäre oder das Durchlaufen einer Kammer mit niedrigem Druck.
  • In einer vorteilhaften, hochwirksamen Ausgestaltung besteht die erfindungsgemäße, entoxidierende Vorbehandlung jedoch darin, daß das Glühgut einer Beizung mit anschließender Reinigung unterzogen wird, wobei dies in einer weitgehend sauerstofffreien Kammer ausgeführt wird
  • Das von der Passivierung von stählernem Gut bekannte Beizen hat sich für den erfindugsgemäß angestrebten Zweck als überaus wirksam gezeigt und ist auch mit vertretbarem Aufwand realisierbar, da es sich um einen technologisch bekannten Verfahrensschritt handelt, der bei Glühungen ansonsten auch nachgeordnet ausgeführt wird (siehe dazu z.B. ebenfalls Artikel aus Stahl u. Eisen, Seite 268, Punkt 6).
  • Die Ausführung in sauerstofffreier Atmosphäre verhindert dabei eine Neubelegung des Glühgutes mit Sauerstoff nach der Beizung.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird besagte sauerstofffreie Kammer durch Spülen der Kammer mit sauerstofffreien Gasen erzeugt, wobei vorzugsweise Stickstoff oder Argon aufgrund ihrer inerten und unproblematischen Eigenschaften und aus Kostengründen eingesetzt werden. Dabei wird vorzugsweise ein Sauerstoffgehalt von < 1 vpm mittels einer Sauerstoffüberwachung eingehalten.
  • Es hat sich als günstig erwiesen, wenn die entoxidierende Beizung dadurch ausgeführt wird, daß das Glühgut ein konventionelles oder auch elektrolytisches Beizebad durchläuft, wobei eine Einwirkzeit von wenigstens 3 sec eingehalten wird.
  • Neben der eben beschriebenen Variante mit der Beizung des Glühgutes besteht eine weitere, besonders effektive Verfahrensvariante darin, daß eine entoxidierende Vorbehandlung dadurch erfolgt, daß das Glühgut einer induktiven Erwärmung unterzogen wird, die besonders vorteilhaft in einer mit Wasserstoff gespülten, sauerstofffreien Kammer ausgeführt wird. Diese Verfahrensvariante ist vor allem bei überwiegend adsorbiertem Sauerstoff auf dem Glühgut vorteilhaft, da mit der schnell durchführbaren induktiven Erwärmung eine gute und schnelle Desorption von Sauerstoff erreicht wird, welche zusätzlich durch die Wasserstoffatmosphäre und deren reduzierende Wirkung unterstützt wird.
  • Eine zur Durchführung der Erfindung geeignete Glühanlage zeichnet sich dadurch aus, daß vor der Einlaufzone in die Glühanlage eine im wesentlichen geschlossene, mit einer Gaszuleitung versehene Kammer angeordnet ist, die ein Beizebad, eine Reinigungsstation sowie Transport-einrichtungen für das Glühgut durch die Kammer und deren Einrichtungen enthält.
  • Die zweite Verfahrensvariante zeichnet sich durch eine in der Kammer befindliche Einrichtung zur induktiven Erwärmung des Glühgutes und ebenso durch entsprechende Transporteinrichtungen aus.
  • Anhand der beigefügten schematischen Zeichnung soll die Erfindung beispielhaft näher beschrieben werden.
  • In der Zeichnung ist der Einlaufbereich einer Bandglühanlage mit vorgeschalteter, erfindungsgemäßer Entoxidationskammer gezeigt.
  • Da es sich bei der in der Zeichnung teilweise gezeigten Durchlaufglühanlage um eine Bandglühanlage handelt, besteht das Glühgut im beschriebenen Beispiel also in einem durchgängigen Stahlband 1, das mittels Rollen 2, 3, 4 befördert wird. Das Stahlband 1 läuft zunächst in eine Kammer 5 ein und wird dort durch die Rollen 2 und 3 derart umgelenkt, daß es in ein Beizebad 6 eingeführt wird, welches es nach Umlaufen der folgenden Rolle 4 wieder verläßt. An das Beizebad 6 schließt sich eine Reinigungsstation 7 an, nach der der Übertritt des Stahlbandes 1 von der Kammer 5 in die eigentliche Glühanlage, die sich mit ihrem Einlauftunnel 8 an die Kammer 5 anschließt, folgt. Die Kammer 5 besitzt darüber hinaus eine Gaszuleitung 9 mit Regelventil 10 sowie eine Sauerstoffmeßeinrichtung 11 und eine damit verbundene Kontrolleinheit 12.
  • Die obengenannte, zweite Verfahrensvariante ergibt sich in der Zeichnung unter Weglassung des Beizebades 6 sowie der Reinigungsstation 7 und der Anordnung einer induktiv erwärmenden Einrichtung etwa zwischen den Rollen 3 und 4.
  • Zur Durchfürung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun der Kammer 5 über die Gaszuleitung 9 beispielsweise Stickstoff zugeführt, wodurch aus der Kammer 5 die Luft und insbesondere der darin enthaltene Sauerstoff verdrängt wird. Nach der anfänglichen Verdrängungsspülung wird der Sauerstoffgehalt in der Kammer 5 mit der Kontrolleinrichtung 12 überwacht, wobei die Stickstoffzufuhr durch die Kontrolleinheit 12 so geregelt wird, daß ein bestimmter Gehalt an Sauerstoff nicht mehr überschritten wird. Dieser liegt vorzugsweise bei Werten unter 1 vpm. Diese Sauerstoffverdrängung dient dazu, daß ein erfindungsgemäß in der Kammr 5 entoxidiertes Stahlband sich vor der Glühung nicht mehr neu mit Sauerstoff oder Sauerstoffverbindungen beladen kann.
  • Die Entoxidiation, d.h. das Entfernen von adsorbiertem Sauerstoff oder oberflächig vorhandenen Sauerstoffverbindungen, läuft in der Kammer 5 dadurch ab, daß gemäß der ersten Verfahrensvariante das Stahlband 1 durch das in dieser Kammer angeordnete Beizebad 5 geführt wird. Im Beizebad 5 befindet sich eine auch von der Passivierung von Stahlgut bekannte Beizsäure, beispielsweise 10 %ige Salpetersäure. Mit einer Einwirkzeit der Beizsäure von wenigstens 3 sec wird erfahrungsgemäß der mit der vorliegenden Erfindung angestrebte Zweck erreicht und der auf dem Stahlband befindliche Sauerstoff ist so weit reduziert, daß die Bildung von weißem Staub wesentlich vermindert ist. Das Stahlband ist nach dem Durchlauf durch das Beizebad noch einer Reinigung zuzuführen, um die auf dem Band verbliebene Beize zu entfernen, wobei dies durch Abstreifen und Trocknen des Stahlbandes bewerkstelligt werden kann.
  • Insgesamt ergibt sich mit der vorgeschlagenen Verfahrensweise eine erhebliche Reduzierung der Bildung an weißem Staub in Durchlaufglühanlagen, die trotz des zusätzlichen Aufwandes in der Gegenrechnung zu ansonsten häufigeren Produktionsausfällen rechtfertigbar ist.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Glühen von stählernem Glühgut, insbesondere Edelstahl, in Durchlaufanlagen unter Schutzgas,
    wobei das Glühgut aufeinanderfolgend in der Schutzgasatmosphäre aufgeheizt, geglüht und wieder abgekühlt wird,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Glühgut vor dem eigentlichen Glühablauf einer entoxidierenden Vorbehandlung unterzogen wird, die auf der Oberfläche des Glühgutes adsorbierten Sauerstoff sowie gegebenenfalls an der Oberfläche befindliche Sauerstoffverbindungen zumindest weitgehend entfernt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die entoxidierende Vorbehandlung darin besteht, daß das Glühgut einer Beizung mit anschließender Reinigung unterzogen wird, wobei dies in einer weitgehend sauerstofffreien, vorgeschalteten Kammer ausgeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gkennzeichnet, daß die sauerstofffreie Kammer durch Spülen der Kammer mit sauerstofffreien Gasen, vorzugsweise Stickstoff oder Argon, erzeugt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die entoxidierende Beizung dadurch ausgeführt wird, daß das Glühgut ein konventionelles oder elektrolytisches Beizebad durchläuft, wobei eine Einwirkzeit von wenigstens 3 sec eingehalten wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die entoxidierende Vorbehandlung darin besteht, daß das Glühgut einer induktiven Erwärmung unterzogen wird, wobei dies in einer weitgehend sauerstofffreien, vorgeschalteten Kammer ausgeführt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die sauerstofffreie Kammer durch Spülen der Kammer mit sauerstofffreien Gasen, vorzugsweise Wasserstoff, erzeugt wird.
  7. Glühanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, 3 oder 4 mit einem Glühtunnel mit Einlauf-, Hitze- und Abkühlzone,
    dadurch gekennzeichnet, daß vor der Einlaufzone in die Glühanlage eine im wesentlichen geschlossene, mit einer Gaszuleitung (9) versehene Kammer (5) angeordnet ist,
    die eine Beizstation (6), eine Reinigungsstation (7) sowie Transporteinrichtungen für das Glühgut durch die Kammer enthält.
  8. Glühanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5 oder 6 mit einem Glühtunnel mit Einlauf-, Hitze- und Abkühlzone,
    dadurch gekennzeichnet, daß vor der Einlaufzone in die Glühanlage eine im wesentlichen geschlossene, mit einer Gaszuleitung (9) versehene Kammer (5) angeordnet ist,
    die eine Einrichtung zur induktiven Erwärmung des Glühgutes sowie Transporteinrichtungen für das Glühgut durch die Kammer enthält.
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