EP4058611A1 - Geregelte folienwärmebehandlung - Google Patents

Geregelte folienwärmebehandlung

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Publication number
EP4058611A1
EP4058611A1 EP20803186.4A EP20803186A EP4058611A1 EP 4058611 A1 EP4058611 A1 EP 4058611A1 EP 20803186 A EP20803186 A EP 20803186A EP 4058611 A1 EP4058611 A1 EP 4058611A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
content
heat treatment
furnace
evaporation
exhaust gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20803186.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stephan Draese
Olaf ERDMANN
Bernd Kemper
Volker Schmitz
Oliver Seiferth
Andreas Kramer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Speira GmbH
Original Assignee
Speira GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Speira GmbH filed Critical Speira GmbH
Publication of EP4058611A1 publication Critical patent/EP4058611A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
    • C21D1/76—Adjusting the composition of the atmosphere
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/02—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working in inert or controlled atmosphere or vacuum
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B17/00—Furnaces of a kind not covered by any preceding group
    • F27B17/0016—Chamber type furnaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D19/00—Arrangements of controlling devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D19/00—Arrangements of controlling devices
    • F27D2019/0006—Monitoring the characteristics (composition, quantities, temperature, pressure) of at least one of the gases of the kiln atmosphere and using it as a controlling value
    • F27D2019/0012—Monitoring the composition of the atmosphere or of one of their components
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D19/00—Arrangements of controlling devices
    • F27D2019/0006—Monitoring the characteristics (composition, quantities, temperature, pressure) of at least one of the gases of the kiln atmosphere and using it as a controlling value
    • F27D2019/0012—Monitoring the composition of the atmosphere or of one of their components
    • F27D2019/0015—Monitoring the composition of the exhaust gases or of one of its components
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Definitions

  • the invention relates to a method for the heat treatment of metal strips or foils in a heat treatment furnace, in particular for the removal of rolling residues.
  • the invention further relates to a device for the heat treatment of metal strips or foils for carrying out the method according to the invention.
  • Heat treatment plays a special role in the production of metal strips or foils.
  • the metal products usually go through hot and cold rolling processes and, if necessary, intermediate annealing so that temperature-dependent processes in the structure of the material can be used to influence the properties of the metal products in a targeted manner.
  • final annealing which is one of the most critical processes, especially in film production.
  • the final annealing serves on the one hand for recrystallization or partial recrystallization, the so-called state annealing or back annealing of the metal strips and foils, with the recrystallization taking place when the recrystallization temperature of the material is exceeded.
  • the finish annealing is used for thermal cleaning of the strip surfaces, in particular for so-called degreasing of rolling residues such as lubricants used in the rolling mills, for example greases, waxes and rolling oils.
  • the strip surfaces In order to ensure a lubricant-free surface for further processing of the metal products and, for example, to prevent adhesion problems during subsequent forming, the strip surfaces must be thoroughly cleaned. This is done by the staggered glow phases of the Evaporation of lubricants and oily residues on the tape or film surface.
  • the annealing programs used in which a. the temperature-time curve, the volume of process air exchange between the environment and the furnace chamber and the air volume for circulation in the furnace chamber are therefore always a compromise between recrystallization and degreasing requirements for the annealing process.
  • the process becomes even more complex with state annealing, since partial recrystallizations react more sensitively to the annealing parameters.
  • general annealing programs are generally used in the context of today's annealing processes and there are no differentiation criteria, it is not possible to react individually to the parameters of the starting material in particular.
  • the process technology is also mostly poorly instrumented and actually effective parameters on the metal strip or the metal foil such as the metal temperature or the air volume are unknown and are only estimated on the basis of auxiliary variables such as a fan speed or a shutter position.
  • the low-temperature long-term annealing is characterized by its tolerance to deviations in input and environmental parameters such as surface roughness, the oil content in quality and quantity, the density and humidity of the process air or the winding density in the case of metal strips or foils wound into coils This represents a quality-optimized, good-natured philosophy.
  • a problem with low-temperature long-term annealing is the contamination of rolling oil with tramp oils that do not burn off at lower annealing temperatures.
  • high-temperature short-term annealing is an efficient, throughput-optimized philosophy, it has a high incidence of annealing errors because it is not very tolerant of the aforementioned input and environmental conditions.
  • the combination of fault-intolerant high-temperature short-term annealing, natural process fluctuations from the preliminary processes and poorly instrumented furnace technology inevitably leads to frequent inhomogeneities in the degreasing process and thus to annealing defects, which lead to poor unwinding quality, in particular to adhesions near the roll core, and to adhesion problems of the products in the subsequent processing.
  • Thin metal strips or metal foils in particular react sensitively to the annealing treatments and develop tension, flow lines or even incandescent bubbles. Uncontrollable wrinkles and uneven strength properties have a negative effect on the subsequent processing steps through to the end product. In the worst case, the stresses, flow lines and incandescent bubbles can lead to cracks, rendering the metal products completely unusable.
  • German patent application DE 197466733 A1 a method for determining the gas atmosphere in a heat treatment furnace is known, with which the supply of inert gas can be optimized during the heat treatment.
  • a precise method for controlling a furnace atmosphere is also known from European patent application EP 2 871 248 A1.
  • both documents do not deal with the avoidance of annealing errors in the annealing of strip or foil coils.
  • the present invention is therefore based on the object of providing a method for the heat treatment of metal strips or foils in a heat treatment furnace, in particular for the removal of rolling residues which reliably and inexpensively high-quality metal products can be provided and the scrap portion of metal strips and foils can be reduced.
  • the present invention is based on the object of proposing advantageous devices for the heat treatment of metal strips or foils, in particular for carrying out a method according to the invention.
  • the above-indicated object for a method for the heat treatment of metal strips or foils in the form of strip or foil coils in a heat treatment furnace to remove rolling residues is achieved in that while the heat treatment is being carried out, the content of at least one Evaporation and / or oxidation product is determined in the furnace atmosphere and / or in the process exhaust gas and is used for process control or regulation of the heat treatment, the dynamics of the removal of rolling residues on the metal strips or foils being controlled or regulated during the heat treatment.
  • the heat treatment is, for example, a final annealing of the metal strips or foils.
  • Corresponding annealing can facilitate further processing such as subsequent forming steps, improve the mechanical properties of the metal products and promote dimensional stability.
  • Finished annealing is carried out in particular for soft annealing and cleaning purposes.
  • cleaning, in particular degreasing the surface of the rolled metal product can be freed from residues of the cooling lubricants and prepared, for example, for strip coating. Problems during further processing such as poor winding quality or adhesion problems during subsequent forming can be prevented by cleaning the product surfaces.
  • the metal strips or foils are annealed in the form of a strip or foil coil in the heat treatment furnace.
  • the heat treatment can also involve intermediate annealing, the aim of which, for example, is to facilitate subsequent rolling steps. Even with intermediate anneals, annealing defects can already occur, especially if the metal strips or foils are in the form of a coil and their thickness is very small.
  • the elimination of rolling residues is determined by the evaporation and oxidation of the cooling lubricants that remained as residues on the surfaces of the metal products after rolling, whereby the metal temperature, the type and amount of rolling oil coating and the atmosphere in the furnace chamber, the so-called furnace atmosphere or process air , are decisive for the vapor pressure of the rolling oil to be evaporated and the oxidation of the same.
  • the temperature of the metal product results among other things. from the given temperature-time curve of the annealing program, the weight and dimensions of the product, the material thickness, the degree of furnace filling, the construction type and the degree of efficiency of the furnace.
  • the type and amount of the rolling oil coating result from the selection and the (variable) composition of the rolling oils used for rough rolling, double and finishing rolling, which in turn consist of base oils and additives.
  • the composition of the furnace atmosphere has a major impact on the cleaning result.
  • Both the composition of the furnace atmosphere and that of the process exhaust gas that is discharged from the furnace chamber are in turn dependent on a number of factors. They are i.a. a product of the stage of annealing, the process step to be carried out, the furnace filling level and the starting material to be treated.
  • the conditions of the starting material for example the boiling behavior and the amount of oil coating, as well as the status of the annealing process, for example the evaporation and oxidation phase, implicitly by measuring the content of at least one evaporation and / or Oxidation product are detected in the furnace atmosphere and / or the process exhaust gas.
  • Salary information generally quantifies the proportion of an individual Substance in a mixture. In the present case, this also includes, for example, concentrations which indicate the amount of a product in relation to a given volume of air. A pure determination of the amount without knowledge of the volume is also conceivable.
  • a statement can be made about the dynamics of the evaporation and the oxidation of the cooling lubricants.
  • the method according to the invention can in turn influence the control or regulation of the heat treatment, in particular the removal of the rolling residues can be controlled or regulated, whereby the dynamics of the evaporation and oxidation of the rolling residues, for example in strip or foil coils, can be advantageously controlled .
  • a direct measurement in the furnace atmosphere can preferably provide real-time results and thus a high level of information about the contents of evaporation and / or oxidation products currently in the atmosphere. While a measurement in the process exhaust gas is particularly easy, it entails a time delay due to the inertia of the process.
  • the heat treatment in particular the removal of rolling residues, can in turn be advantageously controlled or regulated.
  • Process control means here that the actual value of a parameter, if it deviates from the desired setpoint, is changed by suitable process action so that the actual value approaches the setpoint and ideally reaches it. Because the drifting away from the setpoint is counteracted, the feedback is a negative feedback.
  • the process control can be carried out, for example, by a PID controller. In the process control, on the other hand, there is no feedback and consequently no closed action sequence. Control is understood to mean influencing the behavior of a system, the system being controlled by the Control is brought into another state. The control or regulation can take place by influencing selected parameters, for example by reducing or increasing a value.
  • the control or regulation according to the method according to the invention is characterized in that it depends on the content of at least one evaporation and / or oxidation product that is present in the furnace atmosphere and / or in the process exhaust gas, and thus depending on the conditions of the starting material as well as the status of the annealing process.
  • This has the advantage that it is possible to react appropriately to variations in the process parameters mentioned, and thus the surface of a rolled metal product is reliably freed of cooling lubricant residues.
  • the method according to the invention thus makes it possible to use high-temperature short-term annealing while at the same time avoiding the typical annealing defects. It thus represents a practicable, cost-effective solution for the removal of rolling residues and increases the fault tolerance of the high-temperature short-term annealing, which is highly dependent on the input conditions and process parameters.
  • the metal strips or foils are preferably annealed in the form of strip or foil coils in a batch furnace.
  • Batch ovens are usually not as costly to operate and purchase as continuous ovens.
  • One difficulty with batch furnaces, however, is usually ensuring that the temperature is evenly distributed, for example when loading metal coils into the furnace.
  • Inhomogeneities in the cleaning process usually occur primarily with strip or foil coils, since the rolling oil is oxidized and the exhaust gases are expelled via the end faces of the wound rolls.
  • the heating initially takes place from the outside, the metal inside the foil coil, on the other hand, does not heat up as quickly.
  • the method according to the invention a statement can be made about the speed and the uniformity of the evaporation process in the case of strip and foil coils.
  • Harmonizing the gas pressure can be understood to mean, for example, an equalization of the increase in the gas pressure, that is to say a reduction in the dynamics of the evaporation during the heat treatment.
  • the method according to the invention can therefore advantageously control or regulate the dynamics of the evaporation and oxidation of the rolling residues in strip and foil coils.
  • the furnace atmosphere which is precisely coordinated with the aid of the method according to the invention, thus also ensures the desired results for the heat treatment of strip or foil coils and enables an increase in the fault tolerance of high-temperature short-term annealing.
  • Tape and foil coils produced with the method according to the invention can be unwound, in particular, at increased speed without sticking.
  • Metal foils with a thickness of 1 ⁇ m to 250 ⁇ m, preferably 1 ⁇ m to 60 ⁇ m, particularly preferably 4 ⁇ m to 20 ⁇ m, are treated with the method according to the invention.
  • the production of metal foils is carried out starting from what is known as foil pre-rolled strip, usually with the process steps of pre-rolling, doubling, finishing rolling, separating, winding and finish annealing.
  • the pre-rolling and finish-rolling serve to decrease the height, the doubling the joining of two strip layers for the doubled finish-rolling, the separating the separation of the finished rolled foil webs, the winding up, the provision of foil coils and the final annealing, the degreasing of the foil surfaces and the recrystallization of the material.
  • the gas pressure of the evaporation and / or oxidation products in the strip or foil coil is controlled or regulated during the heat treatment, so that targeted damage to the metal strips or foils through too rapid evaporation or too rapid generation of oxidation products in the strip. or foil coil can be significantly reduced.
  • the furnace temperature, the furnace temperature gradient, the process air exchange volume, the circulating volume of process air and / or the composition of the furnace atmosphere is dependent on the content of the at least one evaporation and / or oxidation product in the furnace atmosphere and / or controlled or regulated in the process exhaust gas. It was recognized that in particular the parameters temperature, temperature gradient, exchange volume and circulation volume as well as the composition of the furnace atmosphere have an influence on a particularly effective and homogeneous heat treatment of strip or foil coils. Uniform evaporation of the residues is necessary to ensure that rolling residues are uniformly removed from the product surfaces, for which a homogeneous temperature distribution is crucial.
  • the temperature gradient can be adjusted accordingly with the aid of the method according to the invention.
  • the circulating volume of process air can also be used to indirectly influence the uniformity of the temperature distribution in the heat treatment furnace.
  • a constant distribution of the individual gas components in the furnace chamber can be achieved by controlling or regulating the circulation volume.
  • Through a control or Regulation of the process air exchange volume for example in the context of convection ventilation, can also influence the furnace atmosphere.
  • the dynamics of the evaporation and oxidation of the rolling residues, in particular the rolling oils, are thus controlled according to the invention, for example, by a hindering or promoting setting of the furnace temperature, the setting of the gradient of the furnace temperature and the setting of the furnace atmosphere.
  • the vapor pressure of the rolling oil to be evaporated and the speed of the evaporation process are influenced by measuring and setting the furnace chamber temperature and the gradient of the furnace chamber temperature. For example, setpoint values can be assigned to the parameters to be measured. In cases in which the concentration of rolling oil and partially oxidized rolling oil or the concentration of rolling oil oxidation products in the furnace atmosphere exceeds or falls below a predefined threshold value, the furnace temperature is changed, for example held or lowered, or the gradient of the temperature rise is changed, for example reduced .
  • the vapor pressure of the rolling oil to be evaporated and the speed of the evaporation process are also influenced by measuring and setting the content of already evaporated and / or oxidized rolling oil in the furnace atmosphere. If the content of rolling oil and partially oxidized rolling oil or the content of rolling oil oxidation products in the furnace atmosphere falls below, for example, a predefined threshold value, the process air exchange is changed, for example increased or reduced.
  • the oxidizability of the rolling oil to be evaporated and / or evaporated and the speed of the oxidation processes are also influenced by measuring the content of already evaporated and / or oxidized rolling oil in the furnace atmosphere and by setting the oxidizing ability of the furnace atmosphere.
  • the oxidation ability of the furnace atmosphere can be increased by adding process gases that weaken or reduce the oxidation, such as nitrogen or hydrogen.
  • the oxidation capability of the furnace atmosphere is influenced, preferably reduced, by adding process gases that increase oxidation, such as oxygen or ozone influenced, preferably increased.
  • the advantageous embodiment of the method according to the invention thus makes it possible in particular to influence the gas pressure in metal strip or metal foil coils in many ways, to harmonize it over time and thus to increase the fault tolerance of high-temperature short-term annealing.
  • the cleaning process of the surface of the metal strip or the metal foil in the wound coil can be optimized through the continuous control of and the regulated influence on the temperature level and gradient and / or the composition of the furnace atmosphere.
  • the furnace temperature gradient is controlled or regulated in the process control or regulation depending on the gradient of the content of the at least one evaporation and / or oxidation product in the furnace atmosphere and / or in the process exhaust gas.
  • the steam pressure of the rolling oil to be evaporated and the speed of the evaporation process can also be influenced in a targeted manner. If the gradient of the content of rolling oil and partially oxidized rolling oil and / or the content of rolling oil oxidation products in the furnace atmosphere exceeds, for example, a predefined one Threshold value, the gradient of the temperature rise is adapted, for example reduced.
  • the carbon content (Cges content), the content of organic compounds (Vorg content), the carbon monoxide content (CO content) and / or the carbon dioxide content (CO2- Content) in the furnace atmosphere and / or in the process exhaust gas and used for process control or regulation of the heat treatment.
  • the carbon content of the furnace atmosphere and the process exhaust gas can be reliably determined in a particularly simple manner and is characteristic of evaporation and oxidation products.
  • the CO and / or CO2 content represents the content of rolling oil oxidation products, while the Vorg content reflects the content of rolling oil and partially oxidized rolling oil.
  • the totality of all carbon-containing substances, ie including Vorg, CO and CO2, is characterized by C tot.
  • the Cges content, the Vorg content, the CO content and the C02 content in the furnace atmosphere or in the process gas are particularly critical parameters.
  • the maximum carbon content Cges max, the maximum content of organic compounds Vorgmax, the maximum carbon monoxide content COmax and / or the maximum carbon dioxide content CO2 max is preferably limited in the furnace atmosphere and / or in the process exhaust gas, for example with a defined exchange volume of the furnace atmosphere or process exhaust gas volume.
  • the method according to the invention allows, for example, to control the maximum evaporation rate , whereby advantageously good annealing results can be achieved, in particular incandescent bubbles can be reduced or avoided entirely.
  • the carbon gradient C ge s Grad, the gradient of the content of organic compounds Vorg Grad, the carbon monoxide gradient COcrad and / or the carbon dioxide gradient CO2 Grad in the furnace atmosphere and / or in the process exhaust gas is limited. It has been shown that too high a gradient in the C ge s, Vorg, CO or C02 content in the furnace atmosphere or in the process exhaust gas indicates a sudden and strong increase in evaporation and / or oxidation products which in turn would lead to sticking and the formation of incandescent bubbles in the metal products.
  • the control of the gradient thus enables control of the evaporation rate and thus, regardless of the total content of C ge s, Vorg, CO and / or CO2 in the furnace atmosphere and / or in the process exhaust gas, avoidance of incandescent defects such as incandescent bubbles.
  • the pre-content is preferably measured by an FID analyzer, preferably an on-line FID analyzer, the CO content by a CO analyzer, preferably an on-line CO analyzer, the CO 2 content by a CO 2 analyzer, preferably an on-line CO 2 analyzer, and / or the C total content by an FID analyzer and a CO analyzer and optionally a CO 2 analyzer.
  • F1D (flame ionization detector) analyzers are particularly suitable for monitoring for volatile carbonaceous substances. Since the detector signal of an FID analyzer is linearly proportional to the carbon content over a wide concentration range, this can be estimated without calibration, so that F1D analyzers can be used particularly well for quantification. In addition, an FID analyzer is not only fast and robust, it is also very sensitive. The determination of the carbon content can thus be carried out reliably and reliably.
  • CO or C02 sensors or infrared analyzers can be used, which are characterized by particularly high precision.
  • the CO 2 infrared analysis represents a particularly precise in situ measurement method.
  • infrared analyzes are relatively expensive and complex, since the analyzers require regular calibrations.
  • the Cges content can be measured using an FID analyzer, preferably an on-line FID analyzer, a CO analyzer, preferably an on-line CO analyzer, and a CO 2 analyzer, preferably an on-line CO 2 analyzer, be determined. Sufficient accuracy for determining the C total content can, however, be achieved by using an FID analyzer and a CO analyzer.
  • the heat treatment is carried out at a temperature of 80 to 120.degree. C. or more than 200.degree. C., preferably more than 220.degree. C., particularly preferably more than 300.degree.
  • annealing temperatures above 200 ° C an essentially complete elimination of rolling residues on the product surfaces can be achieved.
  • the duration of the heat treatment depends, among other things, on the temperature and the mass of the material to be treated.
  • the method according to the invention can remove Roll residues, for example in the case of hard-rolled foils, can be achieved without significant softening.
  • Metal strips or foils are preferably treated in the form of coils.
  • annealing times can be approx. 20 to 180 hours in order to achieve essentially complete removal of the rolling residues.
  • the coil width depends primarily on the use of the metal strips and foils. Narrow coils have a width of 250 mm to 1000 mm, for example.
  • the annealing times for narrow coils are about 80 hours at an annealing temperature of approx. 220 ° C, approx. 35 hours at a temperature of approx. 350 ° C and one at a temperature of approx. 400 ° C Glowing time of only about 20 hours.
  • Wide coils can have widths of 1000 mm to 2500 mm, preferably 1300 mm to 2100 mm.
  • the glow time at a temperature of approx. 220 ° C. is approx. 180 hours, at a temperature of approx. 350 ° C. approx. 80 hours and at a temperature of approx. 400 ° C. approx. 60 hours.
  • Aluminum or aluminum alloy strips or foils are preferably treated.
  • the material aluminum is characterized by its diverse technical uses. By adding alloying elements, aluminum strips and foils with different properties can be produced. In combination with different thermal treatments, the mechanical properties of aluminum can be optimally adapted to the respective processing and usage conditions.
  • aluminum is considered a key material for the packaging industry.
  • aluminum is found in many packaged product forms, such as liquid packaging, e.g. B. milk or juice cartons, omnipresent. Due to their low density, the use of aluminum tapes and foils is particularly advantageous for weight-sensitive applications. No competing material can match it A combination of formability, printability and excellent barrier properties, such as low permeability for light, oxygen and flavorings, make aluminum foil unsurpassed when it comes to protecting and maintaining complex food supply chains.
  • the use of appropriately treated aluminum strips and foils for food packaging, in particular for liquid packaging is therefore particularly advantageous.
  • the above-mentioned object is achieved by a device for the heat treatment of metal strips or foils in the form of a strip or foil coil for removing rolling residues according to the method according to the invention, in that the device has at least one means for determining the content at least one evaporation and / or oxidation product in the furnace atmosphere and / or in the process exhaust gas while the heat treatment is being carried out and at least one means for controlling or regulating the heat treatment depending on the content of at least one evaporation and / or oxidation product in the furnace atmosphere and / or in the process exhaust gas, which are designed in such a way that the dynamics of the removal of rolling residues on the metal strips or foils during the heat treatment can be controlled or regulated with them.
  • the at least one means for controlling or regulating the heat treatment is designed in particular for controlling or regulating the heat treatment depending on the content of at least one evaporation and / or oxidation product in the furnace atmosphere and / or in the process exhaust gas.
  • the device according to the invention is therefore suitable for carrying out the method according to the invention.
  • the device for heat treatment is preferably a batch furnace.
  • Batch ovens are usually less expensive to operate and purchase than continuous ovens and enable the heat treatment of metal strips or foils wound into coils.
  • a batch furnace has a furnace body and a furnace chamber, the furnace chamber inside the Furnace body is arranged and is designed for receiving at least one tape or foil coil.
  • the device according to the invention also has at least one means for determining the content of at least one evaporation and / or oxidation product in the furnace atmosphere and / or in the process exhaust gas, such as a Vorg, CO and / or CO 2 analyzer, preferably an F1D or an infrared analyzer.
  • the process air inside the furnace chamber is called the furnace atmosphere.
  • An exchange of process air takes place between the furnace chamber and the environment, it also being possible according to the invention to provide means for determining evaporation and / or oxidation products in the process exhaust gas.
  • a PID controller for example, can be provided as a means for controlling or regulating the heat treatment.
  • the device according to the invention enables the monitoring of levels of evaporation and / or oxidation products in the furnace atmosphere and / or in the process exhaust gas and a targeted influence on the process parameters of the heat treatment, for example a control or regulation of the dynamics of the removal of rolling residues on the metal strips or - foils in the coil during heat treatment.
  • the gas pressure of the evaporation and / or oxidation products in the strip or foil coil can be controlled or regulated in this way during the heat treatment, so that a process-safe, efficient and reliable cleaning of the surfaces of the metal strips or foils from rolling residues is guaranteed.
  • the device has at least one means for controlling or regulating the furnace temperature, the furnace temperature gradient, the process air exchange volume and / or the circulating volume of process air depending on the content of at least one evaporation and / or oxidation product in the furnace atmosphere and / or in the process exhaust.
  • the device preferably has at least one means for controlling or regulating the furnace temperature gradient depending on the gradient of the content of at least one evaporation and / or oxidation product in the furnace atmosphere and / or in the process waste gas.
  • a direct harmonization that is to say for example an equalization, in particular a reduction in the dynamics of the evaporation of a rolling residue in the strip or foil coil can be achieved.
  • the device preferably has at least one controllable means for influencing the heat treatment.
  • a controllable means for influencing the heat treatment With the aid of a heater or flap, it is possible, for example, to influence the temperature or the temperature gradient in the furnace space.
  • a fan is advantageous for circulating air in the furnace chamber, while process gases, for example protective gas or reaction gas, can be supplied with the aid of a metering valve to adjust the furnace atmosphere, in particular the furnace atmosphere's ability to oxidize.
  • FIG. 2 in a schematic representation an embodiment of the device according to the invention
  • 3a, b show, in a schematic representation, advantageous embodiments of the method according to the invention.
  • FIG. 4a, b in a diagram of test results of measurements of the
  • FIG. 1 a a metal foil 1, preferably an aluminum or aluminum alloy foil, is shown which has been wound up in two layers to form a coil 2 and conventionally soft-annealed at 220 ° C. to 250 ° C. in a heat treatment furnace.
  • the coil 2 has a width of 250 mm to 2500 mm, in particular approx. 1000 mm or approx. 1700 mm.
  • the winding height h is 18 mm, for example, which means that the film layers shown are very close to the core 3 of the coil 2.
  • a critical glow bubble 4 has formed on the film surface as a result of a conventionally carried out final annealing.
  • On the inner surface of the bulb 4 scratches can be seen transversely to the direction of travel, with material having been pushed on at these points.
  • the cross section of the incandescent bulb 4 in section AB is shown in detail in FIG.
  • At the edge of the incandescent bubble 4 in the area X there is a compression of the material. The compression can be on the inside or on the outside of the incandescent bulb 4.
  • the film 1 has flow lines which indicate a constriction of the material and can lead to a crack or breakthrough in the metal film 1.
  • the aim of the method according to the invention is to avoid the formation of such incandescent bubbles and welding of the metal strips or foils, to provide high-quality metal products in a process-reliable and cost-effective manner and thereby to reduce the scrap portion of metal strips and foils. Damage to the metal surfaces in the form of impressions and scratches also leads to quality devaluations and rejects.
  • film coils are rated as good if they have good running properties and have no or a significantly reduced local tendency to stick. Incandescent bubbles of acceptable form do not stick and can be slowed down without problems with increased tape tension. This also applies in particular to film layers that are located near the coil core 3, for example at a winding height of up to 12 mm or up to 18 mm.
  • the problems known from the prior art can be solved with the aid of the method according to the invention for the heat treatment of metal strips or foils, in particular for the treatment of aluminum or aluminum alloy strips or foils, in the form of strip or foil coils 2 in a heat treatment furnace to remove rolling residues , solve in that the content of at least one evaporation and / or oxidation product in the furnace atmosphere and / or in the process exhaust gas is determined while the heat treatment is being carried out and is used for process control or regulation of the heat treatment, the dynamics of the removal of rolling residues on the metal strips or foils is controlled or regulated during the heat treatment.
  • the method according to the invention which thus includes, for example, atmospheric control and regulation or regulation taking into account the kinetics of the evaporation and oxidation products, can ensure the flatness of the metal products and increase their quality accordingly.
  • 2 shows an advantageous embodiment of a device according to the invention for the heat treatment of metal strips or foils, in particular for the removal of rolling residues, the device having at least one means 8 for determining the content of at least one evaporation and / or oxidation product in the furnace atmosphere 11 and / or in the process exhaust gas 12 while the heat treatment is being carried out and at least one means 9 for controlling or regulating the heat treatment, which are designed in such a way that they can be used to control or regulate the dynamics of the removal of rolling residues on the metal strips or foils during the heat treatment .
  • the device is a heat treatment furnace 5, in particular a batch furnace, which has a furnace body 10 in addition to the furnace chamber 6, the furnace chamber 6 being arranged inside the furnace body 10 and for receiving metal strips or foils reeled into coils 2 an annealing rack (not shown here) is designed.
  • the process air in the interior of the furnace chamber 6 is referred to as the furnace atmosphere 11.
  • An exchange of process air takes place between the furnace chamber 6 and the environment, with process exhaust gas 12 being emitted from the furnace chamber 6.
  • the heat treatment furnace 5 also has a fan 7 for circulating air in the furnace chamber 6.
  • the heat treatment furnace 5 has at least one means 8 for determining the content of at least one evaporation and / or oxidation product in the furnace atmosphere 11 and / or in the process exhaust gas 12 while the heat treatment is being carried out.
  • the heat treatment furnace 5 has an FID analyzer, preferably an on-line FID analyzer, for determining the Vorg content, a CO analyzer, preferably an on-line CO analyzer, for determining the CO content and / or a CO 2 analyzer, preferably an on line CO 2 analyzer, for determining the CO 2 content in the furnace atmosphere 11.
  • a CO or CO2 analyzer can in particular be an infrared analyzer.
  • the heat treatment furnace 5 can have at least one means 8 for determining the content of at least one evaporation and / or Have oxidation product in the process exhaust gas 12 (shown here by a dashed line).
  • the heat treatment furnace 5 also has at least one means 9 for controlling or regulating the heat treatment.
  • the at least one means 9 for controlling or regulating the heat treatment is designed in particular for controlling or regulating the heat treatment depending on the content of at least one evaporation and / or oxidation product in the furnace atmosphere 11 and / or in the process exhaust gas 12.
  • At least one means 9 for controlling or regulating the furnace temperature, the furnace temperature gradient, the process air exchange volume and / or the circulating volume of process air depending on the content of at least one evaporation and / or oxidation product in the furnace atmosphere 11 and / or in the process exhaust gas 12 and / or at least one means 9 for controlling or regulating the furnace temperature gradient depending on the gradient of the content of at least one evaporation and / or oxidation product in the furnace atmosphere 11 and / or in the process exhaust gas 12 can be provided.
  • a PID controller can be provided as the means 9 for controlling or regulating the heat treatment.
  • At least one controllable means 13 for influencing the heat treatment in particular a heater, a flap, a Fan and / or a metering valve are provided.
  • a heater or flap it is possible, for example, to influence the temperature or the temperature gradient in the furnace space.
  • a fan is advantageous for circulating air in the furnace chamber, while process gases, for example protective gas or reaction gas, can be supplied with the aid of a metering valve to adjust the furnace atmosphere, in particular the furnace atmosphere's ability to oxidize.
  • the heat treatment furnace 5 according to the invention is therefore particularly suitable for carrying out the method according to the invention.
  • the heat treatment furnace 5 according to the invention can also be used to control or regulate the gas pressure of the evaporation and / or oxidation products in the strip or foil coil during the heat treatment.
  • FIG. 3a shows an advantageous embodiment of the method according to the invention.
  • the content G of at least one evaporation and / or oxidation product in the furnace atmosphere and / or in the process exhaust gas is determined in step A and used for process control of the heat treatment in step C in step A.
  • the Vorg content in the furnace atmosphere and / or in the process exhaust gas can be determined, for example by means of an FID analyzer.
  • the determination of the CO content for example using a CO analyzer, and / or the determination of the CO 2 content, for example using a CO 2 analyzer, or the determination of the Ctot content using an FID analyzer and a CO analyzer and optionally a C 02 analyzer would be conceivable.
  • step B the actual value of the content of at least one evaporation and / or oxidation product Gist, for example the actual value C tot ist of the Cges content, is used for process control of the heat treatment.
  • the Gist value is compared with a nominal value Gsoii. This can be done manually, for example.
  • the heat treatment is controlled depending on the Gist value. For example, at least one parameter P, e.g. B. the oven temperature, lowered in the event that the Gist value is greater than the Gsoii value. In the event that the Gist value is smaller than the Gsoii value, the parameter P is increased. This can also be done the other way around.
  • the furnace temperature gradient, the process air exchange volume and the circulating volume can also be set in the process control Process air and / or the composition of the furnace atmosphere depending on the content G of at least one evaporation and / or oxidation product in the furnace atmosphere and / or in the process exhaust gas, e.g. B. depending on the C total content, and / or the furnace temperature gradient depending on the gradient of the content of at least one evaporation and / or oxidation product in the furnace atmosphere and / or in the process exhaust gas, e.g. B. be controlled depending on the C ges gradient.
  • FIG. 3b A further advantageous embodiment of the method according to the invention is shown in FIG. 3b.
  • the content G of at least one evaporation and / or oxidation product in the furnace atmosphere and / or in the process exhaust gas is determined in step A 'and used for process control of the heat treatment in step C'.
  • the V or content may for example be in the furnace atmosphere and / or in the process gas, for example by means of a FID analyzer determined, wherein the determination of the CO content, for example by means of a CO analyzer, and / or the determination of the C02 content, for example by means of a C02 analyzer, or the determination of C ges -content and a CO analyzer and C were by an FID analyzer 02 optionally conceivable.
  • the actual value Gist of the content of at least one evaporation and / or oxidation product is used for process control of the heat treatment.
  • the Gist value is also compared in step B 'with a setpoint value Gsoii.
  • a parameter P e.g. B. the furnace temperature, regulated.
  • the parameter P is lowered in the event that the Gist value is greater than the Gsoii value.
  • the parameter P is increased, for example. This can also happen the other way around.
  • the furnace temperature gradient can also be used in the process control Process air exchange volume, the circulation volume of process air and / or the composition of the furnace atmosphere depending on the content of at least one evaporation and / or oxidation product in the furnace atmosphere and / or in the process exhaust gas, e.g. B. depending on the C total content, and / or the furnace temperature gradient depending on the gradient of the content of at least one evaporation and / or oxidation product in the furnace atmosphere and / or in the process exhaust gas, e.g. B. be regulated depending on the C ges gradient.
  • the Gist value is continuously compared with the Gsoii value and influenced by changing the parameter P in order to adjust it to the Gsoii value.
  • a PID controller for example, can be used for process control.
  • Fig. 4a the writing of an FI D analyzer is shown during a conventional finish annealing on an aluminum foil coil with a width of 1616 mm.
  • the final annealing was carried out at a program temperature of 330 ° C for a duration of almost 72 hours.
  • the diagram shows the CO content [ppm], the oven and program temperature [° C], the air volume [m 3 / h] and the fan speed [rpm] as a function of time [h].
  • Content was carried out in the present case in the furnace atmosphere. This allows conclusions to be drawn about the content of evaporation and / or oxidation products in the furnace atmosphere. Alternatively, however, the CO content can also be determined in the process exhaust gas. Further alternatively or additionally, the V or can be - and / or the CO-content or the C tot content in the furnace atmosphere and / or process exhaust gas to be determined.
  • the diagram shows very clearly that with conventional finish annealing, a COmax peak of 1000 ppm in the furnace atmosphere occurs after a short time.
  • the CO gradient in this case was about 200 ppm / h.
  • extensive tests have shown that, for example, COmax peaks of more than 220 ppm and CO gradients of more than 10 ppm / h reflect a negative annealing result. It has been shown that with an appropriate furnace atmosphere there is tension, welds and the formation of incandescent bubbles in the metal foil. In the worst case, these in turn can lead to cracks in the film when the coil is being unwound.
  • the COmax content was limited to only approx.
  • the COmax gradient is approx. 5.5 ppm / h.
  • the program temperature was set at 220 ° C., the amount of air was kept constant at about 280 m 3 / h and the speed of rotation was kept constant at about 640 rpm. As can be seen from the graph, the formation of a pronounced CO peak during the annealing treatment could be avoided in the present case.
  • the furnace temperature was controlled or regulated depending on the CO content in the furnace atmosphere. While both the furnace temperature and the CO content in the furnace atmosphere rise uniformly up to the point in time of about ten hours (cf. dashed line), the furnace temperature was lowered at the critical value of about 50 ppm of CO content.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Metallbändern oder -folien in Form von Band- oder Foliencoils in einem Wärmebehandlungsofen zur Beseitigung von Walzrückständen. Die Aufgabe, ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Metallbändern oder -folien in Form von Band- oder Foliencoils in einem Wärmebehandlungsofen zur Beseitigung von Walzrückständen zur Verfügung zu stellen, mit welchem prozesssicher und kostengünstig qualitativ hochwertige Metallprodukte bereitgestellt werden können und der Ausschussanteil an Metallbändern und -folien verringert werden kann, wird dadurch gelöst, dass während der Durchführung der Wärmebehandlung der Gehalt mindestens eines Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts in der Ofenatmosphäre und/oder in dem Prozessabgas ermittelt wird und zur Prozesssteuerung oder -regelung der Wärmebehandlung verwendet wird, wobei die Dynamik der Beseitigung von Walzrückständen auf den Metallbändern oder -folien während der Wärmebehandlung gesteuert oder geregelt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Metallbändern oder -folien zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Description

Geregelte Folienwärmebehandlung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Metallbändern oder -folien in einem Wärmebehandlungsofen, insbesondere zur Beseitigung von Walzrückständen. Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Metallbändern oder -folien zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Bei der Herstellung von Metallbändern oder -folien kommt der Wärmebehandlung eine besondere Rolle zu. So durchlaufen die Metallprodukte während des Herstellungsverfahrens in der Regel Warm- und Kaltwalzvorgänge sowie gegebenenfalls Zwischenglühungen, damit durch temperaturabhängige Vorgänge in dem Gefüge des Werkstoffs gezielt Einfluss auf die Eigenschaften der Metallprodukte genommen werden kann.
An die unterschiedlichen Verfahrensschritte schließt sich in der Regel eine Fertigglühung an, die einen der kritischsten Vorgänge, insbesondere in der Folienherstellung, darstellt. Die Fertigglühung dient einerseits der Rekristallisation oder Teil-Rekristallisation, dem sogenannten Zustandsglühen oder Rückglühen der Metallbänder und -folien, wobei die Rekristallisation durch die Überschreitung der Rekristallisationstemperatur des Werkstoffs erfolgt. Andererseits dient die Fertigglühung einer thermischen Reinigung der Bandoberflächen, insbesondere einer sogenannten Entfettung von Walzrückständen wie an den Walzwerken verwendeten Schmiermitteln, beispielsweise Fetten, Wachsen und Walzölen. Um eine schmiermittelfreie Oberfläche für die Weiterverarbeitung der Metallprodukte zu gewährleisten und beispielsweise Haftungsproblemen bei einer nachfolgenden Umformung vorzubeugen, ist eine gründliche Reinigung der Bandoberflächen erforderlich. Diese erfolgt durch die zeitversetzt ablaufenden Glühphasen des Ausdampfens von Schmiermitteln und ölhaltigen Rückständen auf der Band- bzw. Folienoberfläche.
Die angewendeten Glühprogramme, in denen u. a. der Temperatur-Zeit-Verlauf, das Volumen des Prozessluftaustauschs zwischen der Umwelt und der Ofenkammer und das Luftvolumen zur Umwälzung im Ofenraum berücksichtigt werden, sind somit stets ein Kompromiss aus Rekristallisations- und Entfettungsanforderungen an den Glühverlauf. Eine weitere Komplexität erhält der Vorgang bei einer Zustandsglühung, da Teil-Rekristallisationen sensibler auf die Glühparameterführung reagieren. Da jedoch im Rahmen heutiger Glühprozesse in der Regel pauschale Glühprogramme zur Anwendung kommen und keine Differenzierungskriterien vorliegen, kann insbesondere auf die Parameter des Ausgangsmaterials nicht individuell reagiert werden. Die Prozesstechnik ist zudem meist schlecht instrumentiert und tatsächlich wirksame Parameter an dem Metallband bzw. der Metallfolie wie die Metalltemperatur oder das Luftvolumen sind unbekannt und werden lediglich anhand von Hilfsgrößen wie zum Beispiel einer Ventilatordrehzahl oder einer Blendenstellung abgeschätzt.
Im Laufe der Jahre haben sich in der Industrie zwei Glühphilosophien etabliert. Zum einen das qualitätsgetriebene Niedrigtemperatur-Langzeitglühen und zum anderen das ressourcengetriebene Hochtemperatur-Kurzzeitglühen. Die Niedrigtemperatur- Langzeitglühung zeichnet sich durch ihre Toleranz auf Abweichungen in Eingangs und Umgebungsparametern wie beispielsweise der Oberflächenrauheit, der Ölbelegung in Qualität und Quantität, der Dichte und Feuchte der Prozessluft oder auch der Wickeldichte im Fall von zu Coils aufgehaspelten Metallbändern oder -folien aus und stellt damit eine qualitätsoptimierte, gutmütige Philosophie dar. Ein Problem bei der Niedrigtemperatur-Langzeitglühung stellen jedoch Walzölverunreinigungen durch Fremdöle dar, die bei niedrigeren Glühtemperaturen nicht abbrennen. Darüber hinaus führen die verhältnismäßig langen Glühzeiten zeitweilig zu einem Mangel an freier Glühkapazität und stellen überdies einen nicht unwesentlichen Kostenfaktor dar. Während zwar die Anforderungen an die Produktqualität steigen und enge Toleranzgrenzen bei der Oberflächenbeschaffenheit eingehalten werden müssen, gewinnt vor dem Hintergrund kostensparender und ressourcenschonender Herstellungsprozesse ein effizienterer Einsatz von Energie demnach an Bedeutung.
Die Hochtemperatur-Kurzzeitglühung stellt zwar eine effiziente, durchsatzoptimierte Philosophie dar, birgt jedoch eine hohe Glühfehlerhäufigkeit, da sie wenig fehlertolerant auf die zuvor genannten Eingangs- und Umgebungsbedingungen ist. Die Kombination aus einer fehlerintoleranten Hochtemperatur-Kurzzeitglühung, natürlichen Prozessschwankungen aus den Vorprozessen und einer schlecht instrumentierten Ofentechnik führt zwangsläufig zu häufigen Inhomogenitäten im Entfettungsprozess und damit zu Glühfehlern, die zu schlechter Ab Wickelqualität, insbesondere zu Verklebungen nahe des Rollenkerns, und zu Haftungsproblemen der Produkte in der nachfolgenden Weiterverarbeitung führen. Insbesondere dünne Metallbänder bzw. Metallfolien reagieren empfindlich auf die Glühbehandlungen und bilden Spannungen, Fließlinien oder sogar Glühblasen aus. Unkontrollierbare Faltenbildungen und ungleichmäßige Festigkeitseigenschaften wirken sich negativ auf die nachfolgenden Verarbeitungsprozesse bis hin zum Endprodukt aus. Schlimmstenfalls können die Spannungen, Fließlinien und Glühblasen zu Rissen führen, wodurch die Metallprodukte gänzlich unbrauchbar werden.
Aus der deutschen Patentanmeldung DE 197466733 Al ist ein Verfahren zur Bestimmung der Gasatmosphäre in einem Wärmebehandlungsofen bekannt, mit welchem die Zufuhr von Inertgas während der Wärmebehandlung optimiert werden kann. Ein präzises Verfahren zur Steuerung einer Ofenatmosphäre ist zudem aus der europäischen Patentanmeldung EP 2 871 248 Al bekannt. Beide Dokumente befassen sich aber nicht mit der Vermeidung von Glühfehlern bei der Glühung von Band- oder Foliencoils.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Metallbändern oder -folien in einem Wärmebehandlungsofen, insbesondere zur Beseitigung von Walzrückständen, zur Verfügung zu stellen, mit welchem prozesssicher und kostengünstig qualitativ hochwertige Metallprodukte bereitgestellt werden können und der Ausschussanteil an Metallbändern und -folien verringert werden kann. Darüber hinaus liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, vorteilhafte Vorrichtungen zur Wärmebehandlung von Metallbändern oder -folien, insbesondere zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, vorzuschlagen.
Gemäß einer ersten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe für ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Metallbändern oder -folien in Form von Band- oder Foliencoils in einem Wärmebehandlungsofen zur Beseitigung von Walzrückständen, dadurch gelöst, dass während der Durchführung der Wärmebehandlung der Gehalt mindestens eines Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts in der Ofenatmosphäre und/oder in dem Prozessabgas ermittelt wird und zur Prozesssteuerung oder -regelung der Wärmebehandlung verwendet wird, wobei die Dynamik der Beseitigung von Walzrückständen auf den Metallbändern oder -folien während der Wärmebehandlung gesteuert oder geregelt wird.
Bei der Wärmebehandlung handelt es sich beispielsweise um eine Fertigglühung der Metallbänder oder -folien. Eine entsprechende Glühung kann die Weiterverarbeitung wie beispielsweise nachfolgende Umformschritte erleichtern, die mechanischen Eigenschaften der Metallprodukte verbessern und die Dimensionsstabilität fördern. Eine Fertigglühung wird insbesondere zu Weichglüh- und Reinigungszwecken durchgeführt. Durch die Reinigung, insbesondere eine Entfettung, kann die Oberfläche des gewalzten Metallprodukts von Rückständen der Kühlschmierstoffe befreit und beispielsweise für eine Bandbeschichtung vorbereitet werden. Problemen bei der Weiterverarbeitung wie beispielsweise einer schlechten Ab Wickelqualität oder Haftungsproblemen bei einer nachfolgenden Umformung kann durch die Reinigung der Produktoberflächen vorgebeugt werden. Die Metallbänder oder -folien werden hierzu in Form eines Band- oder Foliencoils im Wärmebehandlungsofen geglüht. Prinzipiell kann es sich bei der Wärmebehandlung auch um eine Zwischenglühung handeln, die beispielsweise zum Ziel hat, nachfolgende Walzschritte zu erleichtern. Auch bei Zwischenglühungen kann es bereits zu Glühfehlern kommen, insbesondere wenn die Metallbänder oder -folien in Form eines Coils vorliegen und ihre Dicke sehr gering ist.
Die Beseitigung von Walzrückständen wird bestimmt durch das Abdampfen und das Oxidieren der Kühlschmierstoffe, die nach dem Walzen als Rückstände auf den Oberflächen der Metallprodukte verblieben sind, wobei die Metalltemperatur, die Art und Menge der Walzölauflage und die Atmosphäre im Ofenraum, die sogenannte Ofenatmosphäre oder Prozessluft, entscheidend für den Dampfdruck des abzudampfenden Walzöls und die Oxidation desselben sind. Die Temperatur des Metallprodukts ergibt sich dabei u. a. aus dem vorgegebenen Temperatur-Zeit-Verlauf des Glühprogramms, dem Gewicht und den Abmessungen des Produkts, der Materialstärke, dem Ofenfüllgrad, dem Bautyp und dem Wirkungsgrad des Ofens. Art und Menge der Walzölauflage resultieren aus der Auswahl und der (veränderlichen) Zusammensetzung der zum Vorwalzen, Doppeln und Fertigwalzen eingesetzten Walzöle, die ihrerseits aus Grundölen und Additiven bestehen. Insbesondere die Zusammensetzung der Ofenatmosphäre hat große Auswirkungen auf das Ergebnis der Reinigung. Sowohl die Zusammensetzung der Ofenatmosphäre als auch die des Prozessabgases, das aus dem Ofenraum abgeführt wird, sind wiederum von einer Reihe von Faktoren abhängig. Sie sind u. a. ein Produkt des Stadiums der Glühung, des durchzuführenden Prozessschritts, des Ofenfüllgrads sowie des zu behandelnden Ausgangsmaterials.
Es hat sich gezeigt, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Bedingungen des Ausgangsmaterials, beispielsweise das Siedeverhalten und die Menge der Ölauflage, sowie der Status des Glühprozesses, beispielsweise die Ausdampf- und Oxidationsphase, implizit durch die Messung des Gehalts mindestens eines Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts in der Ofenatmosphäre und/oder dem Prozessabgas erfasst werden. Gehaltsangaben quantifizieren allgemein den Anteil eines einzelnen Stoffes an einem Gemisch. Darunter sind vorliegend auch beispielsweise Konzentrationen zu verstehen, die die Menge eines Produkts in Bezug auf ein gegebenes Luftvolumen angeben. Eine reine Mengenbestimmung ohne Kenntnis des Volumens ist ebenfalls denkbar.
Durch die Ermittlung des Gehalts mindestens eines Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts kann also eine Aussage über die Dynamik des Abdampfens und der Oxidation der Kühlschmierstoffe getroffen werden. Hiervon abhängig kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wiederum Einfluss auf die Steuerung oder Regelung der Wärmebehandlung genommen werden, insbesondere kann die Beseitigung der Walzrückstände gesteuert oder geregelt werden wodurch die Dynamik des Abdampfens und der Oxidation der Walzrückstände beispielsweise in Band- oder Foliencoils vorteilhaft kontrolliert werden kann. Eine unmittelbare Messung in der Ofenatmosphäre kann bevorzugt Echt-Zeit-Ergebnisse liefern und damit eine hohe Aussagekraft über die sich gegenwärtig in der Atmosphäre befindlichen Gehalte an Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukten. Während sich eine Messung im Prozessabgas besonders einfach gestaltet, bringt diese aufgrund der Trägheit des Prozesses jedoch eine Zeitverzögerung mit sich.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass durch die Ermittlung des Gehalts mindestens eines Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts in der Ofenatmosphäre und/oder in dem Prozessabgas wiederum die Wärmebehandlung, insbesondere die Beseitigung von Walzrückständen, vorteilhaft gesteuert bzw. geregelt werden kann. Prozessregelung meint hierbei, dass der Istwert eines Parameters bei Abweichung vom gewollten Sollwert durch geeignete Prozesseinwirkung so verändert wird, dass der Istwert sich dem Sollwert nähert und diesen im Idealfall erreicht. Weil dem Abdriften vom Sollwert gegengesteuert wird, ist die Rückkopplung eine Gegenkopplung. Die Prozessregelung kann beispielsweise durch einen PID-Regler durchgeführt werden. Bei der Prozesssteuerung ist dagegen keine Rückkopplung und folglich kein geschlossener Wirkungsablauf vorhanden. Unter Steuerung wird die Beeinflussung des Verhaltens eines Systems verstanden, wobei das System durch die Steuerung in einen anderen Zustand gebracht wird. Die Steuerung bzw. Regelung kann dabei durch eine Einflussnahme auf ausgewählte Parameter, beispielsweise durch eine Reduzierung oder Steigerung eines Wertes, erfolgen.
Die Steuerung bzw. Regelung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass diese abhängig von dem Gehalt mindestens eines Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts, das in der Ofenatmosphäre und/oder in dem Prozessabgas vorhanden ist, und damit abhängig von den Bedingungen des Ausgangsmaterials sowie des Status des Glühprozesses erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass auf Streuungen in den genannten Prozessparametern entsprechend reagiert werden kann und damit die Oberfläche eines gewalzten Metallprodukts von Kühlschmierstoffrückständen zuverlässig befreit wird. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es somit, eine Hochtemperatur-Kurzzeitglühung unter gleichzeitiger Vermeidung der typischen Glühfehler zu nutzen. Es stellt damit eine praktikable, kosteneffektive Lösung zur Entfernung von Walzrückständen dar und erhöht die Fehlertoleranz der in ihrer Charakteristik stark von den Eingangsbedingungen und Prozessparametern abhängigen Hochtemperatur- Kurzzeitglühung.
Die Metallbänder oder -folien werden vorzugsweise in Form von Band- oder Foliencoils in einem Batchofen geglüht. Batchöfen sind in Betrieb und Anschaffung üblicherweise nicht so kostenintensiv wie Durchlauföfen. Eine Schwierigkeit bei Batchöfen besteht jedoch üblicherweise darin, sicherzustellen, dass die Temperatur gleichmäßig verteilt ist, beispielsweise bei der Beschickung des Ofens mit Metallcoils. Inhomogenitäten im Reinigungsprozess entstehen üblicherweise vor allem bei Band oder Foliencoils, da die Oxidation des Walzöls und das Austreiben der Abgase über die Stirnflächen der gewickelten Rollen erfolgt. Bei der Wärmebehandlung erfolgt die Erwärmung zunächst von außen, das Metall im Inneren des Foliencoils erwärmt sich dagegen weniger schnell. Dies führt zu einer verzögerten, bei zusätzlicher Erwärmung des Metalls im Inneren des Foliencoils aber schließlich plötzlichen Steigerung der Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukte. Die Inhomogenitäten können zu Glühfehlern führen und eine schlechte Abwickelqualität sowie Haftungsprobleme während der Weiterverarbeitung nach sich ziehen. Insbesondere dünne Metallbänder und -folien reagieren empfindlich auf Glühbehandlungen und bilden Spannungen oder sogar Glühblasen, insbesondere im Inneren der Foliencoils, aus, die schlimmstenfalls zu Rissen in den Produkten führen können.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Aussage über die Geschwindigkeit und die Gleichmäßigkeit des Abdampfprozesses bei Band- und Foliencoils getroffen werden. Darüber hinaus kann vorteilhaft auf die Streuung der Eingangsparameter und Prozessparameter des Reinigungsprozesses reagiert werden und somit insbesondere Einfluss auf den Gasdruck in den Band- oder Foliencoils genommen werden, welcher durch das Verfahren harmonisiert, beispielsweise gesteuert oder geregelt wird. Unter Harmonisieren des Gasdrucks kann beispielsweise eine Vergleichmäßigung des Anstiegs des Gasdrucks, also eine Verringerung der Dynamik des Ausdampfens während der Wärmebehandlung verstanden werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lässt sich also vorteilhaft die Dynamik des Abdampfens und der Oxidation der Walzrückstände in Band- und Foliencoils, steuern oder regeln. Die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens präzise abgestimmte Ofenatmosphäre gewährleistet somit auch für die Wärmebehandlung von Band- oder Foliencoils die gewünschten Ergebnisse und ermöglicht eine Steigerung der Fehlertoleranz einer Hochtemperatur- Kurzzeitglühung. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Band- und Foliencoils lassen sich insbesondere mit erhöhter Geschwindigkeit ohne Verklebungen abwickeln.
Vorzugsweise werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Metallfolien mit einer Dicke von 1 pm bis 250 gm, vorzugsweise von 1 pm bis 60 pm, besonders bevorzugt von 4 pm bis 20 pm, behandelt. Die Herstellung von Metallfolien erfolgt ausgehend von sogenanntem Folien-Vorwalzband üblicherweise mit den Prozessschritten Vorwalzen, Doppeln, Fertigwalzen, Separieren, Aufwickeln und Fertigglühen. Hierbei dienen das Vor- und Fertigwalzen der Höhenabnahme, das Doppeln dem Zusammenfügen von zwei Bandlagen zur gedoppelten Fertigwalzung, das Separieren der Trennung der fertiggewalzten Folienbahnen, das Aufwickeln der Bereitstellung von Foliencoils und das Fertigglühen dem Entfetten der Folienoberflächen und der Rekristallisation des Werkstoffs.
Vorzugsweise wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der Gasdruck der Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukte im Band- oder Foliencoil während der Wärmebehandlung gesteuert oder geregelt wird, so dass gezielt Beschädigungen der Metallbänder- oder Folien durch zu schnelles Ausdampfen oder zu schnelle Erzeugung von Oxidationsprodukten im Band- oder Foliencoil deutlich verringert werden können.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in der Prozesssteuerung oder -regelung die Ofentemperatur, der Ofentemperaturgradient, das Prozessluftaustauschvolumen, das Umwälzvolumen an Prozessluft und/oder die Zusammensetzung der Ofenatmosphäre abhängig von dem Gehalt des mindestens einen Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts in der Ofenatmosphäre und/oder in dem Prozessabgas gesteuert oder geregelt. Es wurde erkannt, dass insbesondere die Parameter Temperatur, Temperaturgradient, Austauschvolumen und Umwälzvolumen sowie die Zusammensetzung der Ofenatmosphäre Einfluss auf eine besonders effektive und homogene Wärmebehandlung von Band- oder Foliencoils haben. Für die Gewährleistung einer gleichmäßigen Beseitigung von Walzrückständen auf den Produktoberflächen ist ein gleichmäßiges Verdampfen der Rückstände erforderlich, wofür vor allem eine homogene Temperaturverteilung ausschlaggebend ist. Um eine schlagartige Zunahme von Ausdampf- und Oxidationsprodukten in der Ofenatmosphäre und/oder in dem Prozessabgas zu vermeiden, kann der Temperaturgradient mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend angepasst werden. Auch mit Hilfe des Umwälzvolumens an Prozessluft kann indirekt Einfluss auf die Gleichmäßigkeit der Temperaturverteilung im Wärmebehandlungsofen genommen werden. Darüber hinaus lässt sich über die Steuerung bzw. Regulierung des Umwälzvolumens eine konstante Verteilung der einzelnen Gasbestandteile im Ofenraum erzielen. Durch eine Steuerung bzw. Regulierung des Prozessluftaustauschvolumens, beispielsweise im Rahmen eines Konvektionslüftens, kann ebenso Einfluss auf die Ofenatmosphäre genommen werden.
Die Dynamik des Abdampfens und der Oxidation der Walzrückstände, insbesondere der Walzöle, wird damit erfindungsgemäß beispielsweise durch eine behindernde bzw. fördernde Einstellung der Ofentemperatur, der Einstellung des Gradienten der Ofentemperatur und der Einstellung der Ofenatmosphäre kontrolliert.
Der Dampfdruck des abzudampfenden Walzöls und die Geschwindigkeit des Abdampfprozesses werden durch Messung und Einstellung der Ofenraumtemperatur und des Gradienten der Ofenraumtemperatur beeinflusst. Den zu messenden Parametern können beispielsweise Sollwerte zugeordnet werden. In Fällen, in denen die Konzentration an Walzöl und teiloxidiertem Walzöl oder die Konzentration an Walzöl-Oxidationsprodukten in der Ofenatmosphäre einen vordefinierten Schwellwert über- bzw. unterschreitet, wird die Ofentemperatur geändert, beispielsweise gehalten oder abgesenkt, oder der Gradient des Temperaturanstiegs geändert, beispielsweise reduziert.
Der Dampfdruck des abzudampfenden Walzöls und die Geschwindigkeit des Abdampfprozesses werden ebenso durch Messung und Einstellung des Gehalts an bereits abgedampftem und/oder oxidiertem Walzöl in der Ofenatmosphäre beeinflusst. Unterschreitet der Gehalt an Walzöl und teiloxidiertem Walzöl oder der Gehalt an Walzöl-Oxidationsprodukten in der Ofenatmosphäre beispielsweise einen vordefinierten Schwellwert, wird der Prozessluftaustausch geändert, beispielsweise erhöht oder reduziert.
Die Oxidierbarkeit des abzudampfenden und/oder abgedampften Walzöls und die Geschwindigkeit der Oxidationsprozesse werden ebenso durch Messung des Gehalts an bereits abgedampftem und/oder oxidiertem Walzöl in der Ofenatmosphäre und durch Einstellung der Oxidationsfähigkeit der Ofenatmosphäre beeinflusst. Beispielsweise kann in den Fällen, in denen der Gehalt an Walzöl und teiloxidiertem Walzöl oder der Gehalt an Walzöl-Oxidationsprodukten in der Ofenatmosphäre einen vordefinierten Schwellwert überschreitet, die Oxidationsfähigkeit der Ofenatmosphäre durch Zugabe von die Oxidation abschwächenden oder reduzierenden Prozessgasen, wie beispielsweise Stickstoff oder Wasserstoff, beeinflusst, bevorzugt abgesenkt, werden ln den Fällen, in denen der Gehalt an Walzöl und teiloxidiertem Walzöl oder der Gehalt an Walzöl-Oxidationsprodukten in der Ofenatmosphäre einen vordefinierten Grenzwert unterschreitet, die Oxidationsfähigkeit der Ofenatmosphäre durch Zugabe von die Oxidation erhöhenden Prozessgasen wie beispielsweise Sauerstoff oder Ozon beeinflusst, bevorzugt erhöht, werden.
Die vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erlaubt es damit insbesondere, in vielerlei Hinsicht Einfluss auf den Gasdruck in Metallband- oder Metallfoliencoils zu nehmen, diesen über die Zeit zu harmonisieren und so die Fehlertoleranz einer Hochtemperatur-Kurzzeitglühung zu steigern. Durch die kontinuierliche Kontrolle von und den geregelten Einfluss auf Temperaturniveau und -gradient und/oder die Zusammensetzung der Ofenatmosphäre kann der Reinigungsprozess der Oberfläche des Metallbands oder der Metallfolie in dem gewickelten Coil optimiert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in der Prozesssteuerung oder -regelung der Ofentemperaturgradient abhängig vom Gradienten des Gehalts des mindestens einen Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts in der Ofenatmosphäre und/oder in dem Prozessabgas gesteuert oder geregelt. Abhängig von einem Steigen oder einem Absinken des Gehalts der Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukte kann so ebenfalls gezielt Einfluss auf den Dampfdruck des abzudampfenden Walzöls und die Geschwindigkeit des Abdampfprozesses genommen werden. Überschreitet der Gradient des Gehalts an Walzöl und teiloxidiertem Walzöl und/oder des Gehalts an Walzöl- Oxidationsprodukten in der Ofenatmosphäre beispielsweise einen vordefinierten Schwellwert, wird der Gradient des Temperaturanstiegs angepasst, beispielsweise reduziert.
Zur Steuerung bzw. Regelung der Wärmebehandlung wird gemäß einer nächsten vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Kohlenstoffgehalt (Cges-Gehalt), der Gehalt an organischen Verbindungen (Vorg-Gehalt), der Kohlenstoffmonoxidgehalt (CO-Gehalt) und/oder der Kohlenstoffdioxidgehalt (CO2- Gehalt) in der Ofenatmosphäre und/oder in dem Prozessabgas ermittelt und zur Prozesssteuerung oder -regelung der Wärmebehandlung verwendet. Der Kohlenstoffgehalt der Ofenatmosphäre und des Prozessabgases lässt sich auf besonders einfache Weise zuverlässig bestimmen und ist charakteristisch für Ausdampf- und Oxidationsprodukte. So repräsentiert der CO- und/oder der CO2- Gehalt den Gehalt an Walzöloxidationsprodukten, während der Vorg-Gehalt den Gehalt an Walzöl und teiloxidiertem Walzöl widerspiegelt. Die Gesamtheit aller kohlenstoffhaltigen Substanzen, also einschließlich Vorg, CO und CO2, wird durch Cges gekennzeichnet.
Der Cges-Gehalt, der Vorg-Gehalt, der CO-Gehalt und der C02-Gehalt in der Ofenatmosphäre bzw. in dem Prozessgas stellen besonders kritische Parameter dar.
So konnte festgestellt werden, dass es bei konventionell durchgeführten Glühschritten an Metallband- oder Metallfoliencoils in der Ofenatmosphäre bzw. in dem Prozessabgas zu einer sehr plötzlichen Steigerung des Cges-Gehalts, des Vorg-Gehalts, des CO-Gehalts und/oder des C02-Gehalts kommt, die in einem ausgeprägten Cges- Peak, Vorg-Peak, CO-Peakbzw. C02-Peak resultiert. Derartige konventionelle Verfahren führen jedoch zu den oben beschriebenen Problemen in der Band- bzw. Folienherstellung und liefern dementsprechend unzureichende Produktergebnisse. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dagegen vorteilhaft gezielt Einfluss auf die Wärmebehandlung genommen werden und derartige Kohlenstoffpeaks können beispielsweise durch Steuerung oder Regelung der Temperatur, des Umwälzvolumens oder des Prozessluftaustausch reduziert oder vermieden werden, was zu guten Glühergebnissen führt. Vorzugsweise wird in der Ofenatmosphäre und/oder in dem Prozessabgas, beispielsweise bei definiertem Austauschvolumen der Ofenatmosphäre oder Prozessabgasvolumen, der maximale Kohlenstoffgehalt Cges max, der maximale Gehalt an organischen Verbindungen Vorgmax, der maximale Kohlenstoffmonoxidgehalt COmax, und/oder der maximale Kohlenstoffdioxidgehalt CO2 max begrenzt. Durch Begrenzung des maximalen Kohlenstoffgehalts Cges max, des maximalen Gehalts an organischen Verbindungen Vorgmax, des maximalen Kohlenstoffmonoxidgehalts COmax, und/oder des maximalen Kohlenstoffdioxidgehalts C02 max bei definiertem Austauschvolumen der Ofenatmosphäre oder Prozessabgasvolumen erlaubt es das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise, die maximale Abdampfgeschwindigkeit zu kontrollieren, wodurch vorteilhaft gute Glühergebnisse erzielt werden können, insbesondere können Glühblasen reduziert bzw. gänzlich vermieden werden.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird der Kohlenstoffgradient Cges Grad, der Gradient des Gehalts an organischen Verbindungen Vorg Grad, der Kohlenstoffmonoxidgradient COcrad und/oder der Kohlenstoffdioxidgradient CO2 Grad in der Ofenatmosphäre und/oder in dem Prozessabgas begrenzt. Es hat sich gezeigt, dass ein zu hoher Gradient des Cges-, Vorg- des CO- bzw. des C02-Gehalts in der Ofenatmosphäre bzw. in dem Prozessabgas auf eine plötzliche und starke Zunahme von Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukten schließen lässt, welche wiederum Verklebungen und die Ausbildung von Glühblasen in den Metallprodukten nach sich ziehen würde. Die Kontrolle des Gradienten ermöglicht insofern eine Kontrolle der Abdampfgeschwindigkeit und somit unabhängig von dem Gesamtgehalt von Cges, Vorg, CO und/oder CO2 in der Ofenatmosphäre und/oder in dem Prozessabgas eine Vermeidung von Glühfehlern, wie beispielsweise Glühblasen.
Vorzugsweise wird der Vorg-Gehalt durch einen FID-Analysator, vorzugsweise einen on-line FID-Analysator, der CO-Gehalt durch einen CO-Analysator, vorzugsweise einen on-line CO-Analysator, der C02-Gehalt durch einen C02-Analysator, vorzugsweise einen on-line C02-Analysator, und/oder der Cges-Gehalt durch einen FID-Analysator und einen CO -Analysator und optional einen C02-Analysator ermittelt.
F1D (Flammenionisationsdetektor)-Analysatoren eignen sich besonders für die Überwachung auf flüchtige kohlenstoffhaltige Substanzen. Da das Detektorsignal eines FID-Analysators über einen weiten Konzentrationsbereich linear proportional zum Kohlenstoffgehalt ist, kann dieser ohne Kalibrierung abgeschätzt werden, sodass F1D- Analysatoren besonders gut zur Quantifizierung verwendet werden können. Darüber hinaus ist ein FID-Analysator nicht nur schnell und robust, sondern weist außerdem eine hohe Empfindlichkeit auf. Die Bestimmung des Kohlenstoffgehalts kann somit zuverlässig und prozesssicher erfolgen.
Zur Messung des CO- bzw. C02-Gehalts können beispielsweise CO- bzw. C02-Sensoren oder Infrarot-Analysatoren eingesetzt werden, die sich durch eine besonders hohe Präzision auszeichnen. Insbesondere die C02-lnfrarot-Analyse stellt eine besonders genaue in situ Messmethode dar. Gleichzeitig sind Infrarot-Analysen jedoch verhältnismäßig teuer und komplex, da die Analysatoren regelmäßige Kalibrierungen erfordern.
Der Cges-Gehalt kann unter Verwendung eines FID-Analysators, vorzugsweise eines on-line FID-Analysators, eines CO-Analysators, vorzugsweise eines on-line CO- Analysators, und eines C02-Analysators, vorzugsweise eines on-line C02-Analysators, ermittelt werden. Eine ausreichende Genauigkeit zur Ermittlung des Cges-Gehalts kann jedoch bereits durch Verwendung eines FID-Analysators und eines CO-Analysators erreicht werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 80 bis 120 °C oder mehr als 200 °C , vorzugsweise mehr als 220 °C, besonders bevorzugt mehr als 300 °C durchgeführt. Mit Glühtemperaturen oberhalb 200 °C kann eine im Wesentlichen vollständige Beseitigung von Walzrückständen auf den Produktoberflächen erreicht werden. Die Dauer der Wärmebehandlung ist unter anderem von der Temperatur und der Masse des zu behandelnden Materials abhängig. Bei Niedertemperaturglühungen bei 80 bis 120 °C kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Entfernung von Walzrückständen, beispielsweise bei walzharten Folien, ohne wesentliche Entfestigung erreicht werden.
Vorzugsweise werden Metallbänder oder -folien in Form von Coils behandelt. Je nach Coil-Breite können Glühzeiten ca. 20 bis 180 Stunden betragen, um eine im Wesentlichen vollständige Entfernung der Walzrückstände zu erreichen. Die Coil- Breite hängt in erster Linie von der Verwendung der Metallbänder und -folien ab. Schmale Coils weisen beispielsweise eine Breite von 250 mm bis 1000 mm auf. Für eine im Wesentlichen vollständige Reinigung der Produktoberflächen betragen die Glühzeiten für schmale Coils bei einer Glühtemperatur von ca. 220 °C etwa 80 Stunden, bei einer Temperatur von ca. 350 °C etwa 35 Stunden und bei einer Temperatur von ca. 400 °C eine Glühzeit von nur etwa 20 Stunden. Breite Coils hingegen können Breiten von 1000 mm bis 2500 mm, bevorzugt 1300 mm bis 2100 mm aufweisen. Beispielsweise beträgt die Glühzeit bei einer Temperatur von ca. 220 °C etwa 180 Stunden, bei einer Temperatur von ca. 350 °C etwa 80 Stunden und bei einer Temperatur von ca. 400 °C etwa 60 Stunden.
Vorzugsweise werden Aluminium- oder Aluminiumlegierungsbänder oder -folien behandelt. Der Werkstoff Aluminium zeichnet sich durch seine vielfältigen technischen Verwendungsmöglichkeiten aus. Durch Zugabe von Legierungselementen lassen sich Aluminiumbänder und -folien mit unterschiedlichen Eigenschaften hersteilen. In Kombination mit unterschiedlichen thermischen Behandlungen können die mechanischen Eigenschaften des Aluminiums optimal an die jeweiligen Bearbeitungs- und Einsatzbedingungen angepasst werden.
Aluminium gilt unter anderem als Schlüsselmaterial für die Verpackungsindustrie. Insbesondere im Lebensmittel- und im pharmazeutischen Bereich ist Aluminium in vielen verpackten Produktformen, wie Flüssigkeitsverpackungen, z. B. Milch- oder Saftkartons, allgegenwärtig. Aufgrund ihrer geringen Dichte ist die Verwendung von Aluminiumbändern und -folien insbesondere für gewichtsempfindliche Anwendungen vorteilhaft. Kein konkurrierendes Material kann eine entsprechende Kombination aus Formbarkeit, Bedruckbarkeit und ausgezeichneten Barriereeigenschaften wie beispielsweise einer geringen Durchdringbarkeit für Licht, Sauerstoff und Aromastoffe erreichen, wodurch Aluminiumfolie unübertroffen ist, wenn es um den Schutz und die Erhaltung komplexer Leb ensmittelversorgungs ketten geht. Die Verwendung von entsprechend behandelten Aluminiumbändern und -folien für Lebensmittelverpackungen, insbesondere für Flüssigkeitsverpackungen, ist daher besonders vorteilhaft.
Gemäß einer zweiten Lehre der vorliegenden Erfindung wird die oben aufgezeigte Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Metallbändern oder - folien in Form eines Band- oder Foliencoils zur Beseitigung von Walzrückständen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch gelöst, dass die Vorrichtung mindestens ein Mittel zur Ermittlung des Gehalts mindestens eines Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts in der Ofenatmosphäre und/oder in dem Prozessabgas während der Durchführung der Wärmebehandlung sowie mindestens ein Mittel zur Steuerung oder Regelung der Wärmebehandlung abhängig von dem Gehalt mindestens eines Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts in der Ofenatmosphäre und/oder in dem Prozessabgas aufweist, welche derart ausgebildet sind, dass mit diesen die Dynamik der Beseitigung von Walzrückständen auf den Metallbändern oder -folien während der Wärmebehandlung gesteuert oder geregelt werden kann. Das mindestens eine Mittel zur Steuerung oder Regelung der Wärmebehandlung ist insbesondere zur Steuerung oder Regelung der Wärmebehandlung abhängig von dem Gehalt mindestens eines Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts in der Ofenatmosphäre und/oder in dem Prozessabgas ausgelegt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich damit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Bei der Vorrichtung zur Wärmebehandlung handelt es sich bevorzugt um einen Batchofen. Batchöfen sind in Betrieb und Anschaffung in der Regel weniger kostenintensiv als Durchlauföfen und ermöglichen die Wärmebehandlung von zu Coils aufgewickelten Metallbändern oder -folien. Ein Batchofen weist hierzu einen Ofenkörper und eine Ofenkammer auf, wobei die Ofenkammer innerhalb des Ofenkörpers angeordnet ist und für die Aufnahme mindestens eines Band- oder Foliencoils ausgelegt ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist zudem mindestens ein Mittel zur Ermittlung des Gehalts mindestens eines Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts in der Ofenatmosphäre und/oder in dem Prozessabgas, wie beispielsweise einen Vorg-, CO- und/oder C02-Analysator, bevorzugt einen F1D- oder einen Infrarot-Analysator, auf. Als Ofenatmosphäre wird die Prozessluft im Inneren der Ofenkammer bezeichnet. Zwischen der Ofenkammer und der Umwelt findet ein Prozessluftaustausch statt, wobei erfindungsgemäß auch Mittel zur Ermittlung von Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukten in dem Prozessabgas vorgesehen sein können. Als Mittel zur Steuerung oder Regelung der Wärmebehandlung kann beispielsweise ein PID-Regler vorgesehen sein.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Wärmebehandlung kann beispielsweise eine Fertigglühung von Metallbändern oder -folien zu Reinigungszwecken durchgeführt werden. Dabei ermöglicht die erfindungsgemäße Vorrichtung die Überwachung von Gehalten an Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukten in der Ofenatmosphäre und/oder in dem Prozessabgas und eine gezielte Einflussnahme auf die Prozessparameter der Wärmebehandlung, beispielsweise eine Steuerung oder Regelung der Dynamik der Beseitigung von Walzrückständen auf den Metallbändern oder -folien im Coil während der Wärmebehandlung. Beispielsweise kann auf diese Weise auch der Gasdruck der Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukte im Band- oder Foliencoil während der Wärmebehandlung gesteuert oder geregelt werden, so dass eine prozesssichere, effiziente und zuverlässige Reinigung der Oberflächen der Metallbänder oder -folien von Walzrückständen gewährleistet wird. Glühblasen, Probleme bei nachfolgenden Weiterverarbeitungsschritten oder Verklebungen beim Ab wickeln von Band- oder Foliencoils, die zu Produktbeeinträchtigungen oder sogar Rissen in der Produktoberfläche führen können, können damit vermieden werden. Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Vorrichtung mindestens ein Mittel zur Steuerung oder Regelung der Ofentemperatur, des Ofentemperaturgradienten, des Prozessluftaustauschvolumens und/oder des Umwälzvolumens an Prozessluft abhängig von dem Gehalt mindestens eines Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts in der Ofenatmosphäre und/oder in dem Prozessabgas auf.
Die Vorrichtung weist bevorzugt mindestens ein Mittel zur Steuerung oder Regelung des Ofentemperaturgradienten abhängig vom Gradienten des Gehalts mindestens eines Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts in der Ofenatmosphäre und/oder in dem Prozessabgas auf. Damit lässt sich beispielsweise unmittelbar eine Harmonisierung, also beispielsweise eine Vergleichmäßigung, insbesondere eine Verringerung der Dynamik des Ausdampfens eines Walzrückstands im Band- oder Foliencoil erzielen.
Um abhängig von dem Gehalt mindestens eines Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts in der Ofenatmosphäre und/oder in dem Prozessabgas Einfluss auf die Wärmebehandlung nehmen zu können, weist die Vorrichtung vorzugsweise mindestens ein steuerbares Mittel zur Beeinflussung der Wärmebehandlung auf. Mit Hilfe einer Heizung oder Klappe kann beispielsweise Einfluss auf die Temperatur bzw. auf den Temperaturgradienten in dem Ofenraum genommen werden. Ein Ventilator ist vorteilhaft für die Luftumwälzung im Ofenraum, während mit Hilfe eines Dosierventils Prozessgase, beispielsweise Schutzgas oder Reaktionsgas, zur Einstellung der Ofenatmosphäre, insbesondere der Oxidationsfähigkeit der Ofenatmosphäre, zugeführt werden können.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung auszugestalten und weiterzubilden. Hierzu wird verwiesen einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 11 nachgeordneten Patentansprüche sowie auf die Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. Die Zeichnung zeigt in
Fig. la, b in einer schematischen Darstellung die Draufsicht bzw. die
Seitenansicht einer in einem Foliencoil entstandenen Glühblase,
Fig. 2 in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 3a, b in einer schematischen Darstellung vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
Fig. 4a, b in einem Diagramm Versuchsergebnisse von Messungen der
Ofenparameter im Falle eines konventionell durchgeführten Entfettungsglühens sowie im Falle eines Entfettungsglühens gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. ln Fig. la ist eine Metallfolie 1, vorzugsweise eine Aluminium- oder Aluminiumlegierungsfolie, abgebildet, die doppellagig zu einem Coil 2 aufgewickelt wurde und bei 220 °C bis 250 °C in einem Wärmebehandlungsofen konventionell weichgeglüht wurde. Das Coil 2 weist eine Breite von 250 mm bis 2500 mm, insbesondere ca. 1000 mm oder ca. 1700 mm, auf. Die Wickelhöhe h beträgt beispielsweise 18 mm, womit sich die abgebildeten Folienlagen sehr nah am Kern 3 des Coils 2 befinden.
Durch eine konventionell durchgeführte Fertigglühung hat sich eine kritische Glühblase 4 auf der Folienoberfläche gebildet. Auf der Innenfläche der Glühblase 4 sind Kratzer quer zur Laufrichtung zu sehen, wobei an diesen Stellen Material aufgeschoben wurde. Der Querschnitt der Glühblase 4 im Schnitt A-B ist in Fig. lb detailliert dargestellt. Am Rand der Glühblase 4 im Bereich X hat sich eine Stauchung des Materials ausgebildet. Die Stauchung kann an der Innenseite oder an der Außenseite der Glühblase 4 liegen. Im Bereich Y der Glühblase 4 weist die Folie 1 Fließlinien auf, die auf eine Einschnürung des Materials hindeuten und bis zu einem Riss oder Durchbruch der Metallfolie 1 führen können.
Ziel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, die Ausbildung derartiger Glühblasen und Verschweißungen der Metallbänder bzw. -folien zu vermeiden, prozesssicher und kostengünstig qualitativ hochwertige Metallprodukte bereitzustellen und dadurch den Ausschussanteil an Metallbändern und -folien zu verringern. Auch Beschädigungen der Metalloberflächen in Form von Eindrücken und Kratzern führen mithin zu Qualitätsabwertungen und Ausschuss. Als gut bewertet werden dagegen Foliencoils, die ablauftechnisch gut sind und keine bzw. eine deutlich verminderte lokale Klebeneigung aufweisen. Glühblasen akzeptabler Ausprägung kleben nicht und lassen sich ohne Probleme mit erhöhtem Bandzug ausbremsen. Dies gilt insbesondere auch für Folienlagen, die sich nahe des Coil-Kerns 3, beispielsweise auf bis zu 12 mm- bzw. bis 18 mm-Wickelhöhe, befinden. Die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme lassen sich mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Wärmebehandlung von Metallbändern oder -folien, insbesondere zur Behandlung von Aluminium- oder Aluminiumlegierungsbändern oder -folien, in Form von Band- oder Foliencoils 2 in einem Wärmebehandlungsofen zur Beseitigung von Walzrückständen, dadurch lösen, dass während der Durchführung der Wärmebehandlung der Gehalt mindestens eines Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts in der Ofenatmosphäre und/oder in dem Prozessabgas ermittelt wird und zur Prozesssteuerung oder -regelung der Wärmebehandlung verwendet wird, wobei die Dynamik der Beseitigung von Walzrückständen auf den Metallbändern oder -folien während der Wärmebehandlung gesteuert oder geregelt wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren, welches also beispielsweise eine atmosphärische Kontrolle und Steuerung bzw. Regelung unter Berücksichtigung der Kinetik der Ausdampf- und Oxidationsprodukte umfasst, lässt sich u. a. die Planheit der Metallprodukte gewährleisten und deren Qualität entsprechend steigern. Fig. 2 zeigt eine vorteilhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Metallbändern oder -folien, insbesondere zur Beseitigung von Walzrückständen, wobei die Vorrichtung mindestens ein Mittel 8 zur Ermittlung des Gehalts mindestens eines Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts in der Ofenatmosphäre 11 und/oder in dem Prozessabgas 12 während der Durchführung der Wärmebehandlung sowie mindestens ein Mittel 9 zur Steuerung oder Regelung der Wärmebehandlung aufweist, welche derart ausgebildet sind, dass mit diesen die Dynamik der Beseitigung von Walzrückständen auf den Metallbändern oder -folien während der Wärmebehandlung gesteuert oder geregelt werden kann.
Bei der Vorrichtung handelt es sich vorliegend um einen Wärmebehandlungsofen 5, insbesondere einen Batchofen, der neben der Ofenkammer 6 einen Ofenkörper 10 aufweist, wobei die Ofenkammer 6 innerhalb des Ofenkörpers 10 angeordnet ist und für die Aufnahme von zu Coils 2 aufgehaspelten Metallbändern oder -folien auf einem Glühgestell (hier nicht dargestellt) ausgelegt ist. Als Ofenatmosphäre 11 wird die Prozessluft im Inneren der Ofenkammer 6 bezeichnet. Zwischen der Ofenkammer 6 und der Umwelt findet ein Prozessluftaustausch statt, wobei Prozessabgas 12 aus der Ofenkammer 6 abgegeben wird. Der Wärmebehandlungsofen 5 weist außerdem einen Ventilator 7 für die Luftumwälzung in der Ofenkammer 6 auf.
Der Wärmebehandlungsofen 5 weist mindestens ein Mittel 8 zur Ermittlung des Gehalts mindestens eines Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts in der Ofenatmosphäre 11 und/oder in dem Prozessabgas 12 während der Durchführung der Wärmebehandlung auf. Insbesondere weist der Wärmebehandlungsofen 5 einen FID-Analysator, vorzugsweise einen on-line FID-Analysator, zur Ermittlung des Vorg-Gehalts, einen CO-Analysator, vorzugsweise einen on-line CO-Analysator, zur Ermittlung des CO-Gehalts und/oder einen C02-Analysator, vorzugsweise einen on line C02-Analysator, zur Ermittlung des C02-Gehalts in der Ofenatmosphäre 11 auf.
Bei einem CO- bzw. CO2 -Analysator kann es sich insbesondere um einen Infrarot- Analysator handeln. Alternativ kann der Wärmebehandlungsofen 5 mindestens ein Mittel 8 zur Ermittlung des Gehalts mindestens eines Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts in dem Prozessabgas 12 aufweisen (hier durch eine gestrichelte Linie dargestellt).
Der Wärmebehandlungsofen 5 weist des Weiteren mindestens ein Mittel 9 zur Steuerung oder Regelung der Wärmebehandlung auf. Das mindestens eine Mittel 9 zur Steuerung oder Regelung der Wärmebehandlung ist insbesondere zur Steuerung oder Regelung der Wärmebehandlung abhängig von dem Gehalt mindestens eines Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts in der Ofenatmosphäre 11 und/oder in dem Prozessabgas 12 ausgelegt. Beispielsweise kann mindestens ein Mittel 9 zur Steuerung oder Regelung der Ofentemperatur, des Ofentemperaturgradienten, des Prozessluftaustauschvolumens und/oder des Umwälzvolumens an Prozessluft abhängig von dem Gehalt mindestens eines Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts in der Ofenatmosphäre 11 und/oder in dem Prozessabgas 12 und/oder mindestens ein Mittel 9 zur Steuerung oder Regelung des Ofentemperaturgradienten abhängig vom Gradienten des Gehalts mindestens eines Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts in der Ofenatmosphäre 11 und/oder in dem Prozessabgas 12 vorgesehen sein. Als Mittel 9 zur Steuerung oder Regelung der Wärmebehandlung kann insbesondere ein PID-Regler vorgesehen sein.
Um abhängig von dem Gehalt mindestens eines Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts in der Ofenatmosphäre und/oder in dem Prozessabgas Einfluss auf die Wärmebehandlung nehmen zu können, ist ferner mindestens ein steuerbares Mittel 13 zur Beeinflussung der Wärmebehandlung, insbesondere eine Heizung, eine Klappe, einen Ventilator und/oder ein Dosierventil, vorgesehen. Mit Hilfe einer Heizung oder Klappe kann beispielsweise Einfluss auf die Temperatur bzw. auf den Temperaturgradienten in dem Ofenraum genommen werden. Ein Ventilator ist vorteilhaft für die Luftumwälzung im Ofenraum, während mit Hilfe eines Dosierventils Prozessgase, beispielsweise Schutzgas oder Reaktionsgas, zur Einstellung der Ofenatmosphäre, insbesondere der Oxidationsfähigkeit der Ofenatmosphäre, zugeführt werden können. Der erfindungsgemäße Wärmebehandlungsofen 5 eignet sich damit insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Beispielsweise kann mit dem erfindungsgemäßen Wärmebehandlungsofen 5 auch der Gasdruck der Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukte im Band- oder Foliencoil während der Wärmebehandlung gesteuert oder geregelt werden ln Fig. 3a ist eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Vorliegend wird während der Durchführung der Wärmebehandlung, insbesondere zur Beseitigung von Walzrückständen, in Schritt A der Gehalt G mindestens eines Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts in der Ofenatmosphäre und/oder in dem Prozessabgas ermittelt und zur Prozesssteuerung der Wärmebehandlung in Schritt C verwendet ln Schritt A kann beispielsweise der Vorg-Gehalt in der Ofenatmosphäre und/oder in dem Prozessabgas, beispielsweise mittels eines FID-Analysators, ermittelt werden. Auch die Ermittlung des CO-Gehalts, beispielsweise mittels eines CO-Analysators, und/oder die Ermittlung des C02-Gehalts, beispielsweise mittels eines C02-Analysators, bzw. die Ermittlung des Cges-Gehalts durch einen FID-Analysator und einen CO-Analysator und optional einen C 02 -Analysator wären denkbar.
Während der Durchführung der Wärmebehandlung wird in Schritt B der Ist-Wert des Gehalts mindestens eines Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts Gist, beispielsweise der Ist-Wert Cges ist des Cges-Gehalts, zur Prozesssteuerung der Wärmebehandlung verwendet. Dazu wird der Gist-Wert mit einem Sollwert Gsoii verglichen. Dies kann beispielsweise manuell erfolgen. Abhängig von dem Gist-Wert wird die Wärmebehandlung gesteuert. Beispielsweise wird mindestens ein Parameter P, z. B. die Ofentemperatur, gesenkt für den Fall, dass der Gist-Wert größer ist als der Gsoii-Wert. Für den Fall, dass der Gist-Wert kleiner ist als der Gsoii-Wert, wird der Parameter P erhöht. Dies kann auch umgekehrt erfolgen. Sofern der Gist-Wert gleich dem Gsoii-Wert ist, bleibt der Parameter unverändert. Neben der Ofentemperatur kann in der Prozesssteuerung auch beispielsweise der Ofentemperaturgradient, das Prozessluftaustauschvolumen, das Umwälzvolumen an Prozessluft und/oder die Zusammensetzung der Ofenatmosphäre abhängig von dem Gehalt G mindestens eines Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts in der Ofenatmosphäre und/oder in dem Prozessabgas, z. B. abhängig von dem Cges-Gehalt, und/oder der Ofentemperaturgradient abhängig vom Gradienten des Gehalts mindestens eines Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts in der Ofenatmosphäre und/oder in dem Prozessabgas, z. B. abhängig von dem Cges-Gradienten, gesteuert werden.
In Fig. 3b ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Vorliegend wird während der Durchführung der Wärmebehandlung, insbesondere zur Beseitigung von Walzrückständen, in Schritt A' der Gehalt G mindestens eines Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts in der Ofenatmosphäre und/oder in dem Prozessabgas ermittelt und zur Prozessregelung der Wärmebehandlung in Schritt C' verwendet. Auch hier kann beispielsweise der Vor -Gehalt in der Ofenatmosphäre und/oder in dem Prozessabgas, beispielsweise mittels eines FID-Analysators, ermittelt werden, wobei auch die Ermittlung des CO- Gehalts, beispielsweise mittels eines CO-Analysators, und/oder die Ermittlung des C02-Gehalts, beispielsweise mittels eines C02-Analysators, bzw. die Ermittlung des Cges-Gehalts durch einen FID-Analysator und einen CO-Analysator und optional einen C 02 -Analysator denkbar wären.
Während der Durchführung der Wärmebehandlung wird der Ist-Wert Gist des Gehalts mindestens eines Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts zur Prozessregelung der Wärmebehandlung verwendet. Wie im Falle der Prozesssteuerung wird der Gist-Wert auch in Schritt B' mit einem Sollwert Gsoii verglichen. Abhängig von dem Gist-Wert wird in Schritt C' ein Parameter P, z. B. die Ofentemperatur, geregelt. Beispielsweise wird der Parameter P gesenkt für den Fall, dass der Gist-Wert größer ist als der Gsoii-Wert. Für den Fall, dass der Gist-Wert kleiner ist als der Gsoii-Wert, wird der Parameter P beispielsweise erhöht. Dies kann auch umgekehrterfolgen. Sofern der Gist-Wert gleich dem Gsoii-Wert ist, wird der Parameter P belassen. Neben der Ofentemperatur kann in der Prozessregelung auch beispielsweise der Ofentemperaturgradient, das Prozessluftaustauschvolumen, das Umwälzvolumen an Prozessluft und/oder die Zusammensetzung der Ofenatmosphäre abhängig von dem Gehalt mindestens eines Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts in der Ofenatmosphäre und/oder in dem Prozessabgas, z. B. abhängig vom Cges-Gehalt, und/oder der Ofentemperaturgradient abhängig vom Gradienten des Gehalts mindestens eines Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts in der Ofenatmosphäre und/oder in dem Prozessabgas, z. B. abhängig von dem Cges-Gradienten, geregelt werden.
Anders als bei der Steuerung ist bei der Regelung ein geschlossener Wirkungsablauf vorhanden. Der Gist-Wert wird fortlaufend mit dem Gsoii-Wert verglichen und im Sinne einer Angleichung an den Gsoii-Wert durch Änderung des Parameters P beeinflusst.
Für die Prozessregelung kann beispielsweise ein PID-Regler verwendet werden.
In Fig. 4a ist der Schrieb eines FI D -Analysators während einer konventionellen Fertigglühung an einem Aluminiumfoliencoil mit der Breite 1616 mm dargestellt. Die Fertigglühung wurde bei einer Programmtemperatur von 330 °C für eine Dauer von knapp 72 Stunden durchgeführt. Das Diagramm stellt den CO-Gehalt [ppm], die Ofen- und die Programmtemperatur [°C], die Luftmenge [m3/h] und die Ventilatordrehzahl [rpm] als Funktion der Zeit [h] dar. Die Ermittlung des CO-Gehalts wurde vorliegend in der Ofenatmosphäre durchgeführt. Dieser lässt Rückschlüsse auf den Gehalt an Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukten in der Ofenatmosphäre zu. Alternativ kann der Gehalt an CO jedoch auch in dem Prozessabgas ermittelt werden. Weiter alternativ oder zusätzlich kann auch der Vor - und/oder der CO-Gehalt bzw. der Cges-Gehalt in der Ofenatmosphäre und/oder dem Prozessabgas ermittelt werden.
Das Diagramm zeigt sehr deutlich, dass es bei der konventionellen Fertigglühung bereits nach kurzer Zeit zu einem COmax-Peak von 1000 ppm in der Ofenatmosphäre kommt. Der CO-Gradient betrug in diesem Fall etwa 200 ppm/h. Durch umfangreiche Versuche konnte jedoch gezeigt werden, dass beispielsweise COmax-Peaks von mehr als 220 ppm und CO-Gradienten von mehr als 10 ppm/h ein negatives Glühergebnis widerspiegeln. Es hat sich gezeigt, dass es bei einer entsprechenden Ofenatmosphäre zu Spannungen, Verschweißungen und Glühblasenausbildung in der Metallfolie kommt. Diese können wiederum schlimmstenfalls zu Rissen in der Folie beim Abwickeln des Coils führen. ln dem Diagramm in Fig. 4b wurde der COmax-Gehalt dagegen auf lediglich ca. 70 ppm begrenzt, der COmax-Gradient beträgt etwa 5,5 ppm/h. Die Programmtemperatur wurde auf 220 °C festgelegt, die Luftmenge wurde bei etwa 280 m3/h und die Drehzahl bei etwa 640 rpm konstant gehalten. Wie dem Graphen zu entnehmen ist, konnte vorliegend die Bildung eines ausgeprägten CO-Peaks während der Glühbehandlung vermieden werden. Um dies zu erreichen, wurde entsprechend des erfindungsgemäßen Verfahrens die Ofentemperatur abhängig vom CO-Gehalt in der Ofenatmosphäre gesteuert bzw. geregelt. Während sowohl die Ofentemperatur als auch der CO-Gehalt in der Ofenatmosphäre bis zum Zeitpunkt von etwa zehn Stunden (vgl. gestrichelte Linie) gleichmäßig steigen, wurde die Ofentemperatur bei dem kritischen Wert von etwa 50 ppm an CO-Gehalt abgesenkt. Daraufhin flacht der CO- Gradient ab und beträgt nunmehr lediglich etwa 1,4 ppm/h bis der CO-Gehalt nach etwa 24 Stunden wieder sinkt. So können Spannungen und Glühblasenbildungen in der Metallfolie reduziert bzw. vermieden werden, prozesssicher und kostengünstig qualitativ hochwertige Metallprodukte bereitgestellt werden und der Ausschussanteil an Metallbändern und -folien kann verringert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Wärmebehandlung von Metallbändern oder -folien (1) in Form von Band- oder Foliencoils (2) in einem Wärmebehandlungsofen (5)zur Beseitigung von Walzrückständen, dadurch gekennzeichnet, dass während der Durchführung der Wärmebehandlung der Gehalt mindestens eines Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts in der Ofenatmosphäre (11) und/oder in dem Prozessabgas (12) ermittelt wird und zur Prozesssteuerung oder -regelung der Wärmebehandlung verwendet wird, wobei die Dynamik der Beseitigung von Walzrückständen auf den Metallbändern oder -folien während der Wärmebehandlung gesteuert oder geregelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdruck der Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukte im Band- oder Foliencoil während der Wärmebehandlung gesteuert oder geregelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Prozesssteuerung oder -regelung die Ofentemperatur, der Ofentemperaturgradient, das Prozessluftaustauschvolumen, das Umwälzvolumen an Prozessluft und/oder die Zusammensetzung der Ofenatmosphäre abhängig von dem Gehalt des mindestens einen Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts in der Ofenatmosphäre (11) und/oder in dem Prozessabgas (12) gesteuert oder geregelt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Prozesssteuerung oder -regelung der Ofentemperaturgradient abhängig vom Gradienten des Gehalts des mindestens einen Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts in der Ofenatmosphäre (11) und/oder in dem Prozessabgas (12) gesteuert oder geregelt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kohlenstoffgehalt (Cges-Gehalt), der Gehalt an organischen Verbindungen (Vorg-Gehalt), der Kohlenstoffmonoxidgehalt (CO-Gehalt) und/oder der Kohlenstoffdioxidgehalt (C02-Gehalt) in der Ofenatmosphäre (11) und/oder in dem Prozessabgas (12) ermittelt wird und zur Prozesssteuerung oder -regelung der Wärmebehandlung verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ofenatmosphäre (11) und/oder in dem Prozessabgas (12) der maximale Kohlenstoffgehalt Cges max, der maximale Gehalt an organischen Verbindungen Vor max, der maximale Kohlenstoffmonoxidgehalt COmax, und/oder der maximale Kohlenstoffdioxidgehalt CO2 max begrenzt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ofenatmosphäre (11) und/oder in dem Prozessabgas (12) der Kohlenstoffgradient Cges Grad, der Gradient des Gehalts an organischen Verbindungen VorgGrad, der Kohlenstoffmonoxidgradient COcrad und/oder der Kohlenstoffdioxidgradient CO2 Grad begrenzt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorg-Gehalt durch einen FID-Analysator, vorzugsweise einen on-line FID- Analysator, der CO-Gehalt durch einen CO -Analysator, vorzugsweise einen on line CO -Analysator, der C02-Gehalt durch einen C02-Analysator, vorzugsweise einen on-line C02-Analysator, und/oder der Cges-Gehalt durch einen FID- Analysator und einen CO-Analysator und optional einen C02-Analysator ermittelt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 80 bis 120 °C oder mehr als 200 °C, vorzugsweise mehr als 220 °C, besonders bevorzugt mehr als 300 °C durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass
Aluminium- oder Aluminiumlegierungsbänder oder -folien behandelt werden.
11. Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Metallbändern oder -folien (1) in Form von Band- oder Foliencoils (2) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens ein Mittel (8) zur Ermittlung des Gehalts mindestens eines Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts in der Ofenatmosphäre (11) und/oder in dem Prozessabgas (12) während der Durchführung der Wärmebehandlung sowie mindestens ein Mittel (9) zur Steuerung oder Regelung der Wärmebehandlung abhängig von dem Gehalt mindestens eines Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts in der Ofenatmosphäre (11) und/oder in dem Prozessabgas (12) aufweist, welche derart ausgebildet sind, dass mit diesen die Dynamik der Beseitigung von Walzrückständen auf den Metallbändern oder -folien während der Wärmebehandlung gesteuert oder geregelt wird.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens ein Mittel (9) zur Steuerung oder Regelung der Ofentemperatur, des Ofentemperaturgradienten, des
Prozessluftaustauschvolumens und/oder des Umwälzvolumens an Prozessluft abhängig von dem Gehalt mindestens eines Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts in der Ofenatmosphäre (11) und/oder in dem Prozessabgas
(12) aufweist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens ein Mittel (9) zur Steuerung oder Regelung des Ofentemperaturgradienten abhängig vom Gradienten des Gehalts mindestens eines Ausdampf- und/oder Oxidationsprodukts in der Ofenatmosphäre (11) und/oder in dem Prozessabgas (12) aufweist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens ein steuerbares Mittel (13) zur Beeinflussung der Wärmebehandlung aufweist.
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