EP2225403B1 - Vorrichtung zur abstützung von blech coils in einem hochtemperaturglühofen - Google Patents

Vorrichtung zur abstützung von blech coils in einem hochtemperaturglühofen Download PDF

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EP2225403B1
EP2225403B1 EP08861440.9A EP08861440A EP2225403B1 EP 2225403 B1 EP2225403 B1 EP 2225403B1 EP 08861440 A EP08861440 A EP 08861440A EP 2225403 B1 EP2225403 B1 EP 2225403B1
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sheet
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Peter Dipl.-Ing. Ebner
Dieter BRANDSTÄTTER
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Ebner Industrieofenbau GmbH
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Ebner Industrieofenbau GmbH
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    • 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
    • C21D9/54—Furnaces for treating strips or wire
    • C21D9/663—Bell-type furnaces
    • C21D9/673—Details, accessories, or equipment peculiar to bell-type furnaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27M—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS OF THE CHARGES OR FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS
    • F27M2001/00—Composition, conformation or state of the charge
    • F27M2001/15—Composition, conformation or state of the charge characterised by the form of the articles
    • F27M2001/1539—Metallic articles
    • F27M2001/156—Flat articles
    • F27M2001/1565—Sheets
    • F27M2001/1569—Sheets assembled in coils

Definitions

  • the invention relates to a device for supporting Blechbunden in a high-temperature annealing furnace with at least one sheet metal collar frontally receiving, a central axial passage opening having support on which optionally a Blechbund axially interspersed support tube with a support for receiving a further sheet metal collar is load-bearing placed.
  • Steel-made transformer plates with a silicon content of 0.5-3.5% by weight are, for technological reasons, usually subjected to high-temperature treatment in a hood furnace.
  • the annealing material is heated up to 1200 ° C, essentially by radiant heat. At these high temperatures, the inherent strength of the annealed material decreases sharply, so that the metal coils, which consist of coiled steel strips with a width of, for example, 1000 mm with a strip thickness of 0.3 mm, are each supported on supports.
  • These carriers are formed by thick-walled disk body with a central, axial passage opening, wherein when stacking two Blechbunden the disk-shaped support for the upper sheet metal collar on a lower sheet metal collar penetrating support tube load-bearing on the usually resting on a Glühsockel carrier supported for the lower Blechbund. While the radiant heat in the region of the upper end side and the outer windings can be supplied to the metal coils largely unhindered, heating of the metal coils in the region of its lower end side substantially only on the disk body of the carrier is possible, which is not only additional energy for heating this disk body which may be up to one third of the weight of the bundle but also causes uneven heating of the bundles.
  • the heat input in the axial direction is better than that in the radial direction, so that the outer windings are heated much faster than the inner windings of the metal coils with the result that the bandwidth and the diameter of the outer turns increases more rapidly due to the thermal expansions caused by the higher temperatures.
  • the temperature difference between the disc collars receiving the disc bodies and the band windings especially in the outer diameter range, it may come to deformations of the coils in the support area and as a result to welds due to the decreasing inherent strength of the coils.
  • the invention is therefore based on the object, a device of the type described to support Blechbunden in a Hochtemperaturglühofen in such a way that the Blechbunde can be heated uniformly to shorten the annealing times that required for the heating of the support of the coils is reduced energy and that the unavoidable by the heating of the carrier voltages are kept within acceptable limits in order to largely rule out cracking can.
  • the invention solves this problem by the fact that the carrier has a passage forming the annular body with distributed over the circumference, radially projecting support arms.
  • a particularly advantageous structural design of the carrier results when the radial support arms form an I-profile in cross section, which allows the adaptation to the particular load conditions of these carriers by a corresponding web height to ensure a sufficient moment of resistance for the load can.
  • the support surfaces of the support arms accommodating the metal collars can lie in a manner known per se on a conically sloping conical surface, in order to take into account, despite the proposed measures, quicker heating of the outer coil turns with respect to the axial and radial thermal expansions.
  • the carrier is formed symmetrically to an axis-normal center plane, then such a carrier can be used on both end faces for receiving metal coils, which prolongs the service life of such carriers, if the support surface for the coils on one side no longer meets the requirements, so that frontal federal damage can be excluded over longer periods of use.
  • Fig. 1 can be removed, which are subjected to a high temperature treatment to be subjected to coils 1 per se on a support 2.
  • the arrangement is made such that the support 2 rests for the lower sheet metal collar 1 on a support tube 3 of the Glühsockels 4 a Hochtemperaturglühofens in the form of a hood furnace.
  • the executed in accordance with the support 2 for the lower sheet metal collar 1 support 2 for the upper sheet metal collar 1 is supported on a lower sheet metal collar 1 enforcing support tube 5 load-bearing on the lower support 2, so that the lower sheet metal collar 1 as the upper sheet metal collar 1 of additional loads is exempt and only burdened by its own weight.
  • the carriers 2 each consist of a ring body 7 provided with a passage opening 6, which is provided with radially supporting arms 8 distributed over the circumference.
  • These radial support arms 8 have a cross section in the form of an I-profile, the web of the 9th is designated. About the web height, the moment of resistance for the support arms 8 can be advantageously adapted to the respective load requirements, the weight of the carrier 2 remains limited.
  • the formed on both sides of the webs 9 flanges 10 of the support arms 8 form the bearing surfaces for the coils 1 and lie on a radially outwardly sloping conical surface to the initially stronger thermal expansion of the outer turns of the coils 1 in the field of external windings both in the axial and in the radial Direction to consider.
  • the carrier 2 can accommodate the coils 1 on both sides, so that after a corresponding wear of the support surfaces in the region of the flanges 10 on one side of the carrier, the flanges 10 on the opposite side of the carrier as a support surface for the Blechbunde 1 can be used when the carrier is turned by 180 °.
  • the clearances between the support arms 8 of the carrier 2 ensure an immediate supply of heat to the lower end face of the sheet metal collars 1, which allows a more uniform and thus more rapid heating of the sheet metal collars 1 to the high treatment temperature.

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Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Abstützung von Blechbunden in einem Hochtemperaturglühofen mit wenigstens einem einen Blechbund stirnseitig aufnehmenden, eine mittige axiale Durchtrittsöffnung aufweisenden Träger, auf den gegebenenfalls ein den Blechbund axial durchsetzendes Stützrohr mit einem Träger zur Aufnahme eines weiteren Blechbundes lastabtragend aufsetzbar ist.
    • Stand der Technik
  • Transformatorbleche aus Stahl mit einem Siliziumanteil von 0,5 - 3,5 Gew% werden aus technologischen Gründen einer Hochtemperaturbehandlung üblicherweise in einem Haubenofen unterworfen. Dabei wird das Glühgut bis zu 1200°C erwärmt, und zwar im Wesentlichen durch Strahlungswärme. Bei diesen hohen Temperaturen nimmt die Eigenfestigkeit des Glühgutes stark ab, sodass die Blechbunde, die aus aufgehaspelten Stahlbändern mit einer Bandbreite von beispielsweise 1000 mm mit einer Banddicke 0,3 mm bestehen, je für sich auf Trägern abgestützt werden. Diese Träger werden durch dickwandige Scheibenkörper mit einer mittigen, axialen Durchtrittsöffnung gebildet, wobei beim Übereinanderstapeln von zwei Blechbunden der scheibenförmige Träger für den oberen Blechbund über ein den unteren Blechbund durchsetzendes Stützrohr lastabtragend auf den meist auf einem Glühsockel aufruhenden Träger für den unteren Blechbund abgestützt wird. Während die Strahlungswärme im Bereich der oberen Stirnseite und der äußeren Windungen weitgehend unbehindert den Blechbunden zugeführt werden kann, ist eine Erwärmung der Blechbunde im Bereich ihrer unteren Stirnseite im Wesentlichen nur über die Scheibenkörper der Träger möglich, was nicht nur zusätzliche Energie für die Erwärmung dieser Scheibenkörper erfordert, deren Gewicht bis zu einem Drittel des Bundgewichtes betragen kann, sondern auch eine ungleichmäßige Bunderwärmung nach sich zieht. In diesem Zusammenhang ist zu berücksichtigen, dass aufgrund eines minimalen Abstandes zwischen den einzelnen Windungen die Wärmeeinbringung in axialer Richtung besser als die in radialer Richtung ausfällt, sodass die äußeren Windungen deutlich rascher als die inneren Windungen der Blechbunde mit der Folge erwärmt werden, dass die Bandbreite und der Durchmesser der äußeren Windungen aufgrund der durch die höheren Temperaturen bedingten Wärmedehnungen rascher zunimmt. Wegen der Temperaturdifferenz zwischen den die Blechbunde aufnehmenden Scheibenkörpern und den Bandwindungen, insbesondere im äußeren Durchmesserbereich, kann es wegen der abnehmenden Eigenfestigkeit der Blechbunde zu Verformungen der Windungen im Auflagebereich und infolge davon zu Verschweißungen kommen. Um hier Abhilfe zu schaffen, bilden die Scheibenkörper der Träger nach außen abfallende Kegelflächen, auf denen die Blechbunde aufruhen, doch kann durch diese Maßnahme nur eine Erleichterung geschaffen werden. Die Wärmeeintragung in die Blechbunde im Bereich ihrer unteren Stirnseite über die scheibenförmigen Träger bedingt außerdem innerhalb der Scheibenkörper Wärmespannungen, die die Gefahr einer Rissbildung und damit eines Verlustes der Tragfähigkeit der Träger mit sich bringen.
  • Um Blechbunde auch von der stirnseitigen Auflagefläche her mit Hilfe eines erhitzten Gasstromes erwärmen zu können, ist es bekannt ( GB 918 356 A ) in den die Blechbunde aufnehmenden, eine mittige Durchtrittsöffnung aufweisenden Trägern im Wesentlichen radial verlaufende Strömungskanäle vorzusehen, die von außen nach innen durchströmt werden, um das heiße Gas durch die mittige axiale Durchtrittsöffnung dieser Träger abzuziehen. Zu diesem Zweck werden ringscheibenförmige Träger vorgesehen, die auf ihrer Ober- bzw. Unterseite radial verlaufende Rippen aufweisen, zwischen denen sich die Strömungskanäle ergeben. Um eine Beschädigung der aufliegenden Stirnseiten der Blechbunde zu vermeiden, verbreitern sich die Rippen radial nach außen dreieckförmig. Da bei modernen Haubenglühöfen das Glühgut jedoch fast ausschließlich durch Strahlungswärme erwärmt wird, können diese bekannten ringscheibenförmigen Träger mit Strömungskanälen zwischen axial vorstehenden Rippen keine entscheidende Verbesserung hinsichtlich der Erwärmung der Blechbunde mit sich bringen.
  • Daneben offenbart EP 0 307 474 A1 einen Konvektionsring zur Anordnung zwischen zwei Blechbunden in einem Haubenglühofen, wobei der Ring radial verlaufende Stützrippen aufweist, welche durch hohle, zwischen den Rippen liegende Stege untereinander verbunden sind.
  • Schließlich ist es bekannt ( DE 100 16 096 A1 ), zur schonenden Abstützung von einer Hochtemperaturbehandlung zu unterwerfenden Blechbunden ringscheibenförmige Träger mit einer Auflage aus temperaturbeständigem Schüttgut vorzusehen, sodass unterschiedliche Wärmeausdehnungen der Blechbunde über das lose Schüttgut ohne weiteres aufgenommen werden können. Hinsichtlich der gleichmäßigen Erwärmung der Blechbunde sind durch diese Maßnahme jedoch kaum Verbesserungen zu erwarten.
    • Darstellung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art zur Abstützung von Blechbunden in einem Hochtemperaturglühofen so auszugestalten, dass die Blechbunde zur Verkürzung der Glühzeiten gleichmäßiger aufgewärmt werden können, dass die für die Erwärmung der Träger der Blechbunde erforderliche Energie verringert wird und dass die durch die Erwärmung der Träger unvermeidbaren Spannungen in zulässigen Grenzen gehalten werden, um Rissbildungen weitgehend ausschließen zu können.
  • Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass der Träger einen die Durchtrittsöffnung bildenden Ringkörper mit über den Umfang verteilten, radial abstehenden Tragarmen aufweist.
  • Aufgrund der über den Umfang des Ringkörpers verteilten, radial abstehenden Tragarme bleibt zwischen diesen Tragarmen Raum für einen unmittelbaren Angriff der Strahlungswärme auf die Blechbunde, sodass die Blechbunde auch von der unteren Stirnseite her vorteilhaft erwärmt werden können. Wegen der Verteilung der Tragarme über den Umfang des Ringkörpers wird die gleichmäßige Abstützung der Blechbunde über ihre untere Stirnseite nicht beeinträchtigt. Die gleichmäßigere und damit deutlich raschere Erwärmung der Blechbunde wird somit ohne nachteilige Auswirkung auf die Bundabstützung sichergestellt. Im Gegenteil, durch die radialen Tragarme, die eine gleichmäßigere Erwärmung der Träger erlauben, werden die auftretenden Wärmespannungen verringert und damit eine Rissgefahr weitgehend ausgeschlossen. Darüber hinaus wird das Gewicht der Träger herabgesetzt, was eine entsprechende Verringerung des für die Trägererwärmung erforderlichen Energieaufwandes zur Folge hat. Es zeigt sich somit, dass mit Hilfe der vorgeschlagenen Träger nicht nur eine raschere Erwärmung des Glühgutes auf die geforderte Behandlungstemperatur unter einem verminderten Energieeinsatz gewährleistet, sondern auch die Belastung der Träger durch Wärmespannungen verringert und damit die Tragfähigkeit der Träger vergrößert werden kann.
  • Eine besonders vorteilhafte konstruktive Ausgestaltung der Träger ergibt sich, wenn die radialen Tragarme im Querschnitt ein I-Profil bilden, das die Anpassung an die besonderen Belastungsverhältnisse dieser Träger durch eine entsprechende Steghöhe erlaubt, um ein ausreichendes Widerstandsmoment für die Lastabtragung sicherstellen zu können.
  • Die die Blechbunde aufnehmenden Auflageflächen der Tragarme können in an sich bekannter Weise auf einer radial nach außen abfallenden Kegelfläche liegen, um die trotz der vorgeschlagenen Maßnahmen raschere Aufwärmung der äußeren Bundwindungen hinsichtlich der axialen und radialen Wärmedehnungen zu berücksichtigen.
  • Ist der Träger zu einer achsnormalen Mittelebene symmetrisch ausgebildet, so kann ein solcher Träger auf beiden Stirnseiten zur Aufnahme von Blechbunden eingesetzt werden, was die Standzeit solcher Träger verlängert, wenn die Auflagefläche für die Blechbunde auf einer Seite nicht mehr den Anforderungen entspricht, sodass stirnseitige Bundbeschädigungen auch über längere Einsatzzeiten ausgeschlossen werden können.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen
    • Fig. 1
    eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abstützung von Blechbunden in einem Hochtemperaturglühofen in einem schematischen Axialschnitt und
    Fig. 2
    einen Träger zur Aufnahme eines Blechbundes in einer zum Teil aufgerissenen Draufsicht.
    Weg zur Ausführung der Erfindung
  • Wie der Fig. 1 entnommen werden kann, sind die einer Hochtemperaturbehandlung zu unterwerfenden Blechbunde 1 je für sich auf einem Träger 2 abgestützt. Die Anordnung ist dabei so getroffen, dass der Träger 2 für den unteren Blechbund 1 auf einem Stützrohr 3 des Glühsockels 4 eines Hochtemperaturglühofens in Form eines Haubenofens aufruht. Der übereinstimmend mit den Träger 2 für dem unteren Blechbund 1 ausgeführte Träger 2 für den oberen Blechbund 1 ist über ein den unteren Blechbund 1 durchsetzendes Stützrohr 5 lastabtragend auf dem unteren Träger 2 abgestützt, sodass der untere Blechbund 1 wie der obere Blechbund 1 von zusätzlichen Auflasten befreit ist und lediglich durch das Eigengewicht belastet wird. Die Träger 2 bestehen jeweils aus einem mit einer Durchtrittsöffnung 6 versehenen Ringkörper 7, der mit über den Umfang verteilten radialen Tragarmen 8 versehen ist. Diese radialen Tragarme 8 weisen einen Querschnitt in Form eines I-Profils auf, dessen Steg mit 9 bezeichnet ist. Über die Steghöhe kann das Widerstandsmoment für die Tragarme 8 vorteilhaft an die jeweiligen Belastungsanforderungen angepasst werden, wobei das Gewicht des Trägers 2 beschränkt bleibt. Die beidseits der Stege 9 ausgebildeten Flansche 10 der Tragarme 8 bilden die Auflageflächen für die Blechbunde 1 und liegen auf einer radial nach außen abfallenden Kegelfläche, um die zunächst stärkeren Wärmedehnungen der äußeren Windungen der Blechbunde 1 im Bereich der Außenwindungen sowohl in axialer als auch in radialer Richtung zu berücksichtigen. Wegen der hinsichtlich einer achsnormalen Mittelebene symmetrischen Ausbildung der Tragarme 8 können die Träger 2 die Blechbunde 1 auf beiden Seiten aufnehmen, sodass nach einem entsprechenden Verschleiß der Auflageflächen im Bereich der Flansche 10 auf der einen Trägerseite die Flansche 10 auf der gegenüberliegenden Trägerseite als Auflagefläche für die Blechbunde 1 genützt werden können, wenn der Träger um 180° gewendet wird.
  • Wie aus der Zeichnung unmittelbar ersichtlich wird, stellen die Freiräume zwischen den Tragarmen 8 der Träger 2 eine unmittelbare Wärmezufuhr zu der unteren Stirnseite der Blechbunde 1 sicher, was eine gleichmäßigere und damit raschere Erwärmung der Blechbunde 1 auf die hohe Behandlungstemperatur erlaubt. Außerdem ergibt sich für die Träger 2 aufgrund der radialen Tragarme 8 eine gleichmäßigere Wärmebelastung, die zu Rissen führende Wärmespannungen weitgehend verhindert, sodass größere Bundgewichte aufgenommen bzw. Träger 2 mit geringeren Abmessungen eingesetzt werden können.

Claims (4)

  1. Vorrichtung zur Abstützung von Blechbunden (1) in einem Hochtemperaturglühofen mit wenigstens einem einen Blechbund (1) stirnseitig aufnehmenden, eine mittige axiale Durchtrittsöffnung (6) aufweisenden Träger (2), auf den ein den Blechbund (1) axial durchsetzendes Stützrohr (5) mit einem Träger (2) zur Aufnahme eines weiteren Blechbundes (1) lastabtragend aufsetzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2) einen die Durchtrittsöffnung (6) bildenden Ringkörper (7) mit über den Umfang verteilten, radial abstehenden Tragarmen (8) aufweist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Tragarme (8) im Querschnitt ein I-Profil bilden.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die die Blechbunde (1) aufnehmenden Auflageflächen der Tragarme (8) auf einer radial nach außen abfallenden Kegelfläche liegen.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2) zu einer achsnormalen Mittelebene symmetrisch ausgebildet ist.
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