EP4232609B1 - Vertikalofen zur kontinuierlichen wärmebehandlung eines metallbandes - Google Patents

Vertikalofen zur kontinuierlichen wärmebehandlung eines metallbandes Download PDF

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EP4232609B1
EP4232609B1 EP21805346.0A EP21805346A EP4232609B1 EP 4232609 B1 EP4232609 B1 EP 4232609B1 EP 21805346 A EP21805346 A EP 21805346A EP 4232609 B1 EP4232609 B1 EP 4232609B1
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EP
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cooling
zone
vertical furnace
heating
metal strip
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Robert Ebner
Sascha EPPENSTEINER
Martin RECHBERGER
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Ebner Industrieofenbau GmbH
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Ebner Industrieofenbau GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a vertical furnace for the continuous heat treatment of a metal strip according to the preamble of claim 1.
  • a disadvantage of vertical furnaces from the state of the art is that the strips after the heating, heat treatment and cooling processes in the area of the deflection are often damaged due to thermal stresses and strains, the dead weight and additional load from the deflection in this area, which can lead to a reduction in the quality of the strip as well as the surface quality.
  • Relevant furnaces are from the US 2006/037679 A1 , the US 4363471 A and the EP2960348A1 became known.
  • the object of the present invention was to overcome the disadvantages of the prior art and to provide a device by means of which an improved quality of metal strips can be ensured.
  • the design according to the invention has the advantage that a metal strip can be deflected at a moderate temperature and only cooled to the target temperature after the deflection and the damage in the area of the deflection device can be significantly reduced.
  • An additional advantage of this design is that the height of the vertical furnace can be better utilized, since not all heating and cooling devices are arranged in front of the deflection device.
  • the vertical furnace has a protective gas atmosphere with a high H 2 content (30% - 100% H 2 ) (vol. %) and low dew points (-20°C to -70°C) in the heating/holding zone, in the first cooling zone, in the deflection device and in the second cooling zone for the heat treatment of the metal strip in order to avoid oxidation. It has proven particularly advantageous that the entire heat treatment of the metal strip, in particular the electrical steel strip, takes place under a protective gas atmosphere with a high H 2 content (30% - 100% H2) (vol. %) and low dew points (-20°C to -70°C) in order to avoid oxidation.
  • the furnace for the vertical heat treatment of metal strips can comprise one or more heating stations, which can be insulated with a heat-insulating material, a single or multi-part annealing chamber (with or without a muffle), which is filled with a protective gas atmosphere with a high H2 content and is used to heat the metal strip and to maintain its temperature.
  • the heating and/or holding zone can be heated using electrical energy (electric heating elements and/or induction heating) or using gas heating.
  • one or more cooling zones can be arranged, which can be connected to a gas supply unit. This is followed by an upper roller chamber, in which two guide rollers can be arranged, with which the running metal strip is guided and directed back into a vertical outlet channel.
  • the heating/holding zone and the first cooling zone each comprise at least one process chamber with an inlet opening and an outlet opening for the metal strip, in particular a metal-encapsulated process chamber, for example at least one process chamber surrounded by a muffle.
  • the process space of the heating/holding zone is advantageously connected in a gas-tight manner to the process space of the first cooling zone.
  • the invention is not limited to the design of vertical furnaces with muffles, but also includes all other types of vertical furnaces, such as brick furnaces. Slow cooling of the metal strip is made possible by the fact that the first cooling zone is designed as a radiation cooling zone for the metal strip.
  • a cooling/heating chamber through which a cooling fluid flows is arranged around the process chamber of the first cooling zone, wherein a surface of a wall surrounding the process chamber facing the cooling/heating chamber is exposed to the cooling fluid.
  • the fluid is advantageously a gas or gas mixture, in particular air.
  • At least one heat exchanger can be provided to transfer heat from the cooling fluid to another material flow.
  • This variant of the invention is particularly suitable for a cooling fluid that is circulated.
  • At least one supply line for supplying fresh cooling fluid, in particular fresh air, can be provided.
  • At least one outlet for expelling cooling fluid flowing out of the cooling/heating chamber from the vertical furnace can also be provided.
  • At least one turbo machine for example a fan, can be provided.
  • At least one heating device for heating the cooling fluid can be provided.
  • At least one temperature measuring device is arranged to measure the temperature in the cooling-heating chamber.
  • At least one temperature measuring device for measuring the temperature of the cooling fluid flowing out of the cooling/heating chamber and at least one temperature measurement for measuring the cooling medium flowing into the cooling/heating chamber can be provided.
  • An optimal process sequence can be achieved by setting up the vertical furnace to change the temperature of the cooling medium flowing into the cooling/heating chamber as a function of at least one temperature measured in the cooling/heating chamber and/or the flow velocity of the cooling medium.
  • At least one pressure measuring device for measuring a pressure in the cooling/heating chamber can be arranged in the cooling/heating chamber.
  • the at least one second cooling zone can have at least one spray and/or nozzle cooling and/or jet cooling for applying cooling fluid to a surface of the metal strip.
  • the cooling fluid of the at least one second cooling zone can comprise or be a protective gas, in particular H 2 .
  • first cooling zone and the second cooling zone are connected to one another in a gas-tight manner at their ends facing the deflection device via a housing of the deflection device with respect to the environment of the vertical furnace.
  • the deflection device can be thermally insulated.
  • the deflection device comprises at least one heating means.
  • the deflection device comprises a temperature measuring unit and a temperature control unit, wherein the temperature control unit is designed to regulate a temperature level of the deflection device to a temperature level of the metal strip by means of the at least one heating means.
  • At least one roller arrangement of the deflection device can be used for center control.
  • the vertical furnace can have an additional rapid heating zone for the metal strip with at least one heating device upstream of the heating zone and/or holding zone in the conveying direction of the metal strip.
  • a variant of the invention which is characterized by a very rapid heating of the metal strip, consists in that the at least one heating device of the rapid heating zone is designed as an induction heater, wherein the rapid heating zone comprises a process chamber with a wall made of a non-metallic material and an inlet and an outlet opening for the metal strip, wherein the process chamber of the rapid heating zone has a protective gas atmosphere with a high H 2 content of 30% - 100% H 2 (vol. %) and low dew points of -20°C to -70°C, and the induction heater is arranged outside the process chamber.
  • the at least one heating device of the rapid heating zone is designed as an induction heater, wherein the rapid heating zone comprises a process chamber with a wall made of a non-metallic material and an inlet and an outlet opening for the metal strip, wherein the process chamber of the rapid heating zone has a protective gas atmosphere with a high H 2 content of 30% - 100% H 2 (vol. %) and low dew points of -20°C to -70°C
  • the process space of the rapid heating zone is connected to the process space of the heating/holding zone in a gas-tight manner with respect to the external environment of the vertical furnace.
  • a third cooling zone can be provided, which third cooling zone is arranged after the second cooling zone with respect to the conveying direction of the metal strip, wherein the third cooling zone has a protective gas atmosphere with high H 2 content (30% - 100% H 2 ) (vol. %) and low dew points (-20°C to -70°C).
  • At least one dancer roller mounted in a housing is arranged in the inlet zone and/or in the outlet zone, wherein the housing has an inlet and outlet opening for the metal strip.
  • a protective gas atmosphere in particular a hydrogen and/or nitrogen atmosphere, prevails in the interior of the housing.
  • the inlet zone is connected to the rapid heating zone in a gas-tight manner with respect to the environment of the vertical furnace.
  • Gas leakage on the outlet side can be prevented by connecting the outlet zone to a downward branch of the vertical furnace comprising at least the second cooling zone in a gas-tight manner with respect to the environment of the vertical furnace.
  • a vertical furnace 1 for the continuous heat treatment of a metal strip 2 can have, viewed in a conveying direction of the metal strip 2, an inlet zone 3 for the metal strip 2, a heating/holding zone 4 comprising an annealing chamber for heating and maintaining the temperature of the metal strip 2, a first cooling zone 5 for slowly cooling the metal strip 2, a deflection device 6 arranged after the first cooling zone 5 with a roller arrangement 7 with two or more rollers for deflecting the metal strip 2 in the direction of an outlet zone 8 for the metal strip 2.
  • An embodiment of the heating/holding zone 4 and the first cooling zone 5 are described in more detail below.
  • the second cooling zone 9 comprises at least one cooling fluid supply unit.
  • the cooling fluid supply unit serves to feed a cooling fluid, for example a gas or a cooling liquid, into the second cooling zone 9 to cool the metal strip 2.
  • the cooling fluid supply unit can, for example, comprise spray and/or nozzle cooling and/or jet cooling.
  • nozzles can be arranged in the second cooling zone 9 through which the cooling fluid is blown in to flow around the metal strip 2 in the second cooling zone 9.
  • the cooling of the metal strip 2 takes place in the second cooling zone 9 preferably by convection.
  • the first cooling zone 5, is designed as a radiation cooling zone in which the cooling of the metal strip 2 takes place by emitting radiation.
  • the cooling fluid can be circulated in the second cooling zone 9.
  • a heat exchanger can also be provided for transferring heat from the cooling fluid to another material flow.
  • the cooling fluid can, for example, be sucked out of the second cooling zone and fed to the heat exchanger via a line and, after cooling, blown back into the second cooling zone 9.
  • the heat treatment of the metal strip takes place in a protective gas atmosphere with a high H 2 content (30% - 100% H 2 ) and low dew points (-20°C to -70°C) to avoid oxidation.
  • a corresponding protective gas atmosphere is present in the heating/holding zone 4, in the first cooling zone 5, in the deflection device 6 and in the second cooling zone 9 as well as in any subsequent cooling zones.
  • a protective gas atmosphere can prevail in the entire ascending and descending strands.
  • a protective gas in particular a protective gas comprising H 2 , can be used as the cooling fluid in the cooling zone 9.
  • a third cooling zone 11 can be provided following the second cooling zone 9. What has been said about the cooling zone 9 also applies to the cooling zone 11.
  • the cooling of the metal strip 2 takes place to different degrees in the three cooling zones 5, 9 and 11.
  • a difference between the entry temperature of the metal strip 2 into the respective cooling zone 5, 9, 11 and the exit temperature when leaving the respective cooling zone 5, 9, 11 is preferably higher in the first cooling zone 5 than in the second cooling zone 9 and in the third cooling zone 11.
  • the metal strip 2 can be cooled, for example, from 1020°C to 700°, in the second cooling zone 9 from 700°C to 600°C and in the third cooling zone 11 from 600°C to 60°C.
  • the values given above are examples and may vary in practice.
  • the temperature can be constant compared to the first cooling zone 5.
  • the conveying direction of the metal strip 2 in the second cooling zone 9 can be reversed compared to the first cooling zone 5 by the deflection device 6 or the roller arrangement 7.
  • the deflection device 6 or the roller arrangement 7 can deflect the conveying direction of the metal strip by 180°.
  • the first cooling zone 5 and the second cooling zone 9 are connected to one another at their ends facing the deflection device 6 via a housing 10 of the deflection device 9 in a gas-tight manner with respect to the surroundings of the vertical furnace 1.
  • the cooling zone 5 and the cooling zone 9 can also be in a flow connection or connected to one another in terms of gas via the housing 10.
  • the first cooling zone 5 and the second cooling zone 9 as well as the housing 10 of the deflection device thus form a common space.
  • the deflection device 9 also represents a connection in terms of gas technology between an upward branch 17 comprising the heating/holding zone 4 and the first cooling zone 5 and a downward branch 18 of the vertical furnace 1 comprising the cooling zone 9 and possibly further cooling zones.
  • the deflection device 6 can be thermally insulated and comprise one or more heating means and a temperature control unit to enable setting and/or regulating the temperature of the deflection device 6.
  • the heating means of the deflection device can be electrically or gas-operated.
  • the deflection of the metal strip 2 takes place at an elevated temperature between 300°C - 1000°C.
  • the temperature control unit is designed to regulate a temperature level of the deflection device 9 to a temperature level of the metal strip 2 by means of the at least one heating means.
  • the metal strip 2 is deflected without damage by means of the deflection device at an elevated strip temperature and in a very pure protective gas atmosphere with a hydrogen content between 30% and 100% and a dew point between -20°C and -70°C.
  • roller arrangement 7 of the deflection device 6 can have center-controlled deflection rollers in order to center the metal strip.
  • a rapid heating zone 12 with a heating device can be arranged in front of the heating/holding zone 4.
  • the heating device of the rapid heating zone 12 is preferably designed as an induction heater and is used to quickly heat the metal strip 2.
  • the rapid heating zone 12 has a process chamber with a wall made of a non-metallic material and an inlet and an outlet opening for the metal strip.
  • the process chamber can be realized with a muffle.
  • At least one inductor is arranged outside the process chamber of the rapid heating zone 12. The process chamber can be enclosed by the inductor.
  • the inductor can be designed as a transverse field or longitudinal field inductor.
  • the process space of the rapid heating zone 12 is connected in a gas-tight manner to the process space of the heating/holding zone 4 and to the elements upstream of the rapid heating zone in relation to the external environment of the vertical furnace. There are thus gas-tight connecting pieces between the process space (muffle) of the rapid heating zone 12 and the upstream/downstream elements.
  • the process space of the rapid heating zone 12 is connected in a structural and protective gas-technical manner to the process space of the heating/holding zone 4.
  • the inlet zone 3 is also connected in a gas-tight manner to the rapid heating zone 12 in relation to the environment of the vertical furnace 1.
  • the rapid heating zone 12 can also be integrated into a higher-level safety system of the vertical furnace 1.
  • the use of the inductor enables rapid heating of the metal strip 2 and a significant increase in throughput.
  • At least one dancer roller 14 mounted in a housing 13 can be arranged in the inlet zone 3 and/or in the outlet zone 4.
  • the housing 13 can have an inlet opening 15 and an outlet opening 16 for the metal strip 2.
  • a protective gas atmosphere in particular a hydrogen and/or nitrogen atmosphere, can prevail in the interior of the housing 13.
  • At least one sealing device 24 or 8 is arranged on an end section of the upward strand 17 and/or the downward strand 18 facing away from the deflection device 6 for sealing against the ambient atmosphere.
  • the inlet zone 3 is thus connected to the upward strand 17 and the outlet zone 4 to the downward strand 18 of the vertical furnace 1 in a gas-tight manner with respect to the surroundings of the vertical furnace 1.
  • the sealing device 24 can have an inlet opening 25 and an outlet opening 26 for the metal strip 2.
  • the sealing device 24 is preferably designed as an oil seal.
  • the sealing device 24 can be connected directly to the housing 13.
  • the vertical furnace 1 can have a first tubular muffle 17a and a second tubular muffle 17b within which the metal strip 2 is guided.
  • the interior of the muffle 17a represents the process space of the heating/holding zone 4 and the muffle 17b represents the process space of the cooling zone 5.
  • the coupling device 20 is arranged between the first muffle 17a and the second muffle 17b and connects the two muffles 17a and 17b at their ends.
  • the heating/holding zone 4 is arranged along the first muffle 17a, the first cooling zone 5 along the second muffle 17b, while the second cooling zone 9 and the third cooling zone 11 are arranged in the downward strand 18.
  • a protective gas atmosphere in particular a hydrogen atmosphere, with a high H2 content (30% - 100% H2) and low dew points (-20°C to -70°C) can prevail in order to avoid oxidation.
  • the vertical furnace 1 can comprise, for example, a gas supply unit, in particular a hydrogen supply, which is connected to the interior of the first muffle 17a and/or the interior of the second muffle 17b.
  • a device for determining particles in the atmosphere within the muffles 17a, 17b, deflection device 6, second cooling zone 9, third cooling zone 11 can be provided.
  • a thermal insulation 19 can also be provided for insulating the first muffle 17a and/or second muffle 17b.
  • the rapid heating zone 12 can be arranged in front of the first muffle 17a and connected to it in a gas-tight manner with respect to the external atmosphere.
  • the heating/holding zone 4 can be arranged along the muffle 17a and the first cooling zone 5 along the muffle 17b.
  • the two muffles 17a and 17b can be connected to one another via a coupling device 20.
  • one or more electrical heating elements 21 can be arranged on an outer surface of the first muffle 17a, in particular running in the circumferential direction along the muffle 17a, as shown in Fig. 3
  • the heating element 21 can be arranged between the thermal insulation 19 and the muffle 17a.
  • the heating element 21 can be surrounded by a refractory layer 22, for example made of a layer of vacuum-formed bricks.
  • the heating element 21 is arranged between the at least one first muffle 17a and the refractory layer 22.
  • at least one layer 23 made of a fibrous material for example a fleece, a knitted fabric, a woven fabric, a braid or felt, can be arranged on the refractory layer 22.
  • the refractory layer 22 is arranged between the at least one heating element 21 and the at least one layer 23 made of fibrous material.
  • the cooling zone 5 is designed as a slow radiation cooling zone in which the metal strip is cooled only by emitting thermal radiation against a cooled wall 29 of the muffle 17b.
  • the cooling zone 5 has a process space designed as a muffle 17b that is gas-tight with respect to the external atmosphere of the vertical furnace 1.
  • the muffle 17b can, however, be connected to the muffle 17a and the deflection device 10 and the downward strand 18 in terms of protective gas, so that at least a small exchange of protective gas between these areas is possible.
  • a cooling/heating chamber 28 through which a cooling fluid 27 flows is arranged around the process chamber of the first cooling zone 5.
  • the cooling/heating chamber 28 is delimited by the wall 29 of the muffle 17b and an external insulated housing 37.
  • a surface of the wall 29 of the muffle 17b surrounding the process chamber, facing the cooling/heating chamber 28, is exposed to the cooling fluid 27.
  • the cooling fluid 27, which is preferably a gas or gas mixture, for example air, N 2 or other gases or gas mixtures, thus cools the muffle 17b from the outside.
  • the hot metal strip 2 releases its energy in the form of radiation via the cooled muffle wall.
  • the cooling fluid 27 can be guided through a heat exchanger 30 in order to recuperate heat from the cooling fluid 27 flowing out of the cooling/heating chamber 28 and to cool the cooling fluid 27.
  • fresh cooling fluid 27 for example in the form of fresh air, can also be fed into the cooling fluid flow via a supply line and blown into the cooling/heating chamber 28 to cool the muffle wall.
  • a discharge line can be provided for expelling cooling fluid 27 flowing out of the cooling/heating chamber.
  • a flow machine 32 in particular a fan, is provided for generating a flow in the cooling fluid 27.
  • a heating device 31 for heating the cooling fluid 27 can be present.
  • the heating device 31 can change the temperature of the cooling fluid 27 according to the given process requirements and thus specifically intervene in the cooling behavior of the metal strip 2 in the cooling zone 5.
  • the cooling and heating system can be divided into one or more control zones along the length of the muffle 17b.
  • the cooling-heating system of the cooling zone 5 also makes it possible to maintain a temperature of the metal strip in this area.
  • a temperature measuring device 33 for measuring the temperature in the cooling/heating chamber 28 as well as a temperature measuring device 34 for measuring the temperature of the cooling fluid 27 flowing out of the cooling/heating chamber 28 and a temperature measuring device 35 for measuring the cooling fluid 27 flowing into the cooling/heating chamber 28 can be provided.
  • the vertical furnace 1 or a furnace control, for example a correspondingly programmed processor, can be set up to change the temperature of the cooling medium 27 flowing into the cooling/heating chamber 28 depending on a temperature measured in the cooling/heating chamber 28 and/or the flow rate of the cooling medium 27.
  • pressure control of the cooling system can also be carried out.
  • a pressure measuring device 36 for measuring pressure can also be arranged in the cooling/heating chamber 28.
  • the special design of the cooling zone 5 enables slow and uniform cooling of the metal strip 2 in the purest protective gas atmosphere (30% to 100% H2, dew point - 20°C to -70°C).

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Vertikalofen zur kontinuierlichen Wärmebehandlung eines Metallbandes gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Vertikalöfen zur Wärmebehandlung von Bändern sind im Stand der Technik bekannt. Bei Transport des Bandes in vertikaler Förderrichtung erfolgt eine Erhitzung des Bandes auf die Behandlungstemperatur und eine anschließende Glühbehandlung. Weiters findet eine Kühlung des Bandes statt und ein Rücktransport in der vertikalen Förderrichtung mithilfe einer Umlenkung.
  • Nachteilig bei Vertikalöfen aus dem Stand der Technik ist, dass die Bänder nach dem Heiz-, Wärmebehandlungs- und Kühlvorgängen im Bereich der Umlenkung aufgrund von thermischen Spannungen und Dehnungen, dem Eigengewicht und zusätzlicher Belastung durch die Umlenkung in diesem Bereich oftmals Beschädigungen erfahren was zu einer Verminderung der Bandqualität, sowie auch der Oberflächengüte führen kann. Einschlägige Öfen sind aus der US 2006/037679 A1 , der US 4363471 A sowie der EP2960348A1 bekannt geworden.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Vorrichtung und zur Verfügung zu stellen, mittels derer eine verbesserte Qualität von Metallbändern gewährleistet werden kann.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Vertikalofen der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst Die erfindungsgemäße Ausbildung bringt den Vorteil mit sich, dass ein Metallband mit moderater Temperatur umgelenkt und erst nach der Umlenkung auf die Zieltemperatur abgekühlt werden kann und die Beschädigungen im Bereich der Umlenkvorrichtung erheblich vermindert werden können.
  • Ein zusätzlicher Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass dadurch die Höhe des Vertikalofens besser ausgenützt werden kann, da nicht alle Heiz- und Kühlvorrichtungen vor der Umlenkvorrichtung angeordnet sind.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angeführt.
  • Besonders vorteilhaft ist es, dass der Vertikalofen in der Aufheiz-/Haltezone, in der ersten Kühlzone, in der Umlenkvorrichtung und in der zweiten Kühlzone zur Wärmebehandlung des Metallbandes eine Schutzgasatmosphäre mit hohen H2-Gehalt (30% - 100% H2) (Vol.-%) und tiefen Taupunkten (-20°C bis -70°C) aufweist, um Oxidationen zu vermeiden. Als besonders günstig hat sich erwiesen, dass die gesamte Wärmebehandlung des Metallbandes, im speziellen des Elektrobandes unter Schutzgasatmosphäre mit hohen H2-Gehalt (30% - 100% H2) (Vol.-%) und tiefen Taupunkten (-20°C bis -70°C) stattfindet um Oxidationen zu vermeiden.
  • Der Ofen für die vertikale Wärmebehandlung von Metallbändern, im speziellen von Elektrobändern kann dabei eine oder mehrere Heizstationen umfassen, welche mit einem hitzeisolierenden Material isoliert sein können, einen ein- oder mehrteiligen Glühraum (mit Muffel oder auch muffellos), welcher mit hoch H2-hältiger Schutzgasatmosphäre gefüllt ist und zur Erwärmung sowie zum temperaturmäßigen Halten des Metallbandes verwendet wird. Die Aufheiz- und/oder Haltezone kann mittels elektrischer Energie (Elektro-Heizelemente und/oder Induktionsheizung) oder mittels Gasbeheizung beheizt werden.
  • Weiteres können anschließend eine oder mehrere Kühlzonen angeordnet sein, welche in Verbindung mit einer Gasversorgungseinheit stehen können. Im Anschluss folgt eine obere Rollenkammer, worin zwei Führungsrollen angeordnet sein können, womit das laufende Metallband geführt und zurück in eine vertikale Auslassrinne gelenkt wird.
  • Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, dass die Aufheiz-/Haltezone und die erste Kühlzone jeweils zumindest einen Prozessraum mit einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung für das Metallband, insbesondere metallisch gekapselten Prozessraum, beispielsweise zumindest einen von einer Muffel umgebenen Prozessraum umfassen.
  • Um ein Austreten von Schutzgas zu vermeiden ist der Prozessraum der Aufheiz-/Haltezone mit dem Prozessraum der ersten Kühlzone vorteilhafterweise gasdicht verbunden.
  • An dieser Stelle sei auch darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die Ausbildung von Vertikalöfen mit Muffeln eingeschränkt ist, sondern auch sämtliche anderen Arten von Vertikalöfen, wie beispielsweise gemauerte Öfen mitumfasst. Ein langsames Abkühlen des Metallbandes wird dadurch ermöglicht, dass die erste Kühlzone als Radiationskühlungszone für das Metallband ausgebildet ist.
  • Um den Prozessraum der ersten Kühlzone ist ein von einem Kühlfluid durchströmter Kühl-/Heizraum angeordnet, wobei eine dem Kühl-/Heizraum zugewandte Mantelfläche einer den Prozessraum umgebenden Wandung mit dem Kühlfuid beaufschlagt ist. Vorteilhafterweise ist das Fluid ein Gas oder Gasgemisch, insbesondere Luft.
  • Zum Rekuperieren von Energie und zum Abkühlen des Kühlfluids kann zumindest ein Wärmetauscher zum Übertragen von Wärme aus dem Kühlfluid auf einen anderen Stoffstrom vorgesehen werden. Diese Variante der Erfindung eignet sich besonders für ein im Kreislauf geführtes Kühlfluid.
  • Alternativ oder zusätzlich kann zumindest eine Zuleitung zum Zuführen von frischem Kühlfluid, insbesondere Frischluft, vorgesehen sein.
  • Um die Menge an Kühlfluid einstellen zu können kann darüber hinaus zumindest eine Ableitung zum Ausstoßen von aus dem Kühl-/Heizraum ausströmenden Kühlfluid aus dem Vertikalofen vorhanden sein.
  • Zur Erzeugung einer Strömung in dem Kühlfluid kann zumindest eine Strömungsmaschine, beispielsweise ein Gebläse, vorgesehen sein.
  • Um die Temperatur des Kühlfluids besser einstellen zu können, kann zumindest eine Heizvorrichtung zur Erwärmung des Kühlfuids vorgesehen sein.
  • Besonders vorteilhaft hat sich dabei erwiesen, dass zumindest eine Temperaturmessvorrichtung zur Messung der Temperatur in dem Kühl-Heizraum angeordnet ist.
  • Um die Temperaturen in dem Kühlfluid zu erfassen kann zumindest eine Temperaturmessvorrichtung zur Messung der Temperatur des aus dem Kühl-/Heizraum ausströmenden Kühlfluids und zumindest eine Temperaturmessung zur Messung des in den Kühl-/Heizraum einströmenden Kühlmediums vorgesehen sein.
  • Ein optimaler Prozessverlauf lässt sich dadurch erzielen, dass der Vertikalofen dazu eingerichtet ist, die Temperatur des in den Kühl-/Heizraum einströmenden Kühlmediums in Abhängigkeit zumindest von zumindest einer in den Kühl-/Heizraum gemessenen Temperatur und/oder die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums zu verändern.
  • Weiters kann in dem Kühl-/Heizraum zumindest eine Druckmessvorrichtung zur Messung eines Drucks in dem Kühl-/Heizraum angeordnet ist.
  • Vorteilhafterweise kann die zumindest eine zweite Kühlzone zumindest eine Sprüh- und/oder Düsenkühlung und/oder Strahlkühlung zum Beaufschlagen einer Oberfläche des Metallbandes mit Kühlfluid aufweisen.
  • Um die Schutzgasatmosphäre in der zweiten Kühlzone nicht nachteilig zu beeinflussen, kann das Kühlfluid der zumindest einen zweiten Kühlzone ein Schutzgas, insbesondere H2, umfassen oder sein.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die erste Kühlzone und die zweite Kühlzone an ihren der Umlenkvorrichtung zugewandten Enden über ein Gehäuse der Umlenkvorrichtung gegenüber einer Umgebung des Vertikalofens gasdicht miteinander verbunden sind.
  • Um eine zu starke Abkühlung des Metallbandes während des Umlenkens zu verhindern, kann die Umlenkvorrichtung thermisch isoliert sein.
  • Als besonders günstig hat sich erwiesen, dass die Umlenkvorrichtung zumindest ein Heizmittel umfasst.
  • Gemäß einer bevorzugten Variante der Erfindung, welche sich vor allem hinsichtlich eines beschädigungsfreien Umlenkens als besonders vorteilhaft erwiesen hat, ist es vorgesehen, dass die Umlenkvorrichtung eine Temperaturmesseinheit und eine Temperaturkontrolleinheit umfasst, wobei die Temperaturkontrolleinheit dazu eingerichtet ist, mittels des zumindest einen Heizmittels, ein Temperaturniveau der Umlenkvorrichtung auf ein Temperaturniveau des Metallbandes zu regeln.
  • Um den Lauf des Metallbandes optimal einstellen zu können, kann zumindest eine Rollenanordnung der Umlenkvorrichtung zur Mittenregelung benutzt werden.
  • Um die Prozessgeschwindigkeit zu erhöhen kann der Vertikalofen eine in Förderrichtung des Metallbandes vor der Aufheizzone und/oder Haltezone eine zusätzliche Schnellaufheizzone für das Metallband mit zumindest einer Heizvorrichtung aufweisen.
  • Eine Variante der Erfindung, die sich durch ein sehr schnelles Aufheizen des Metallbandes auszeichnet, besteht darin, dass die zumindest eine Heizvorrichtung der Schnellaufheizzone als Induktionsheizung ausgebildet ist, wobei die Schnellaufheizzone einen Prozessraum mit einer Wandung aus einem nichtmetallischen Material sowie einer Einlass- und einer Auslassöffnung für das Metallband umfasst, wobei der Prozessraum der Schnellaufheizzone eine Schutzgasatmosphäre mit hohen H2-Gehalt von 30% - 100% H2 (Vol.-%) und tiefen Taupunkten von -20°C bis -70°C aufweist, und die Induktionsheizung außerhalb des Prozessraums angeordnet ist.
  • Vorteilhafterweise ist der Prozessraums der Schnellaufheizzone mit dem Prozessraums der Aufheiz-/Haltezone gegenüber der äußeren Umgebung des Vertikalofens gasdicht verbunden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann eine dritte Kühlzone vorgesehen sein, welche dritte Kühlzone in Bezug auf die Förderrichtung des Metallbandes nach der zweiten Kühlzone angeordnet ist, wobei die dritten Kühlzone eine Schutzgasatmosphäre mit hohen H2-Gehalt (30% - 100% H2) (Vol.-%) und tiefen Taupunkten (-20°C bis -70°C) aufweist.
  • Um eine optimale Führung des Metallbandes zu gewährleisten, kann es vorgesehen sein, dass in der Einlasszone und/oder in der Auslasszone je zumindest eine in einem Gehäuse gelagerte Tänzerrolle angeordnet ist, wobei das Gehäuse je eine Einlass- und Auslassöffnung für das Metallband aufweist.
  • Weiters hat es sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, dass in dem Inneren des Gehäuses eine Schutzgasatmosphäre, insbesondere eine Wasserstoff und/oder Stickstoffatmosphäre herrscht.
  • Um ein einlassseitiges Austreten von Gas aus dem Vertikalofen zu verhindern, kann es vorgesehen sein, dass Einlasszone mit der Schnellaufheizzone gegenüber der Umgebung des Vertikalofens gasdicht verbunden ist.
  • Ein auslassseitiger Gasaustritt kann dadurch verhindert werden, dass die Auslasszone mit einem zumindest die zweite Kühlzone umfassenden Abwärtsstrang des Vertikalofens gegenüber der Umgebung des Vertikalofens gasdicht verbunden ist.
  • Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert, welche nicht einschränkende Ausführungsbeispiele betreffen.
  • Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung:
    • Fig. 1
    einen erfindungsgemäßen Vertikalofen;
    Fig. 2
    einen Schnitt durch einen Einlassbereich des Vertikalofens;
    Fig. 3
    einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1;
    Fig. 4
    die erste Kühlzone im näheren Detail;
    Fig. 5
    einen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 4.
  • Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
  • Die Figuren werden im Folgenden übergreifend beschrieben.
  • Gemäß Fig. 1 kann ein Vertikalofen 1 zur kontinuierlichen Wärmebehandlung eines Metallbandes 2 in einer Förderrichtung des Metallbandes 2 gesehen hintereinander eine Einlasszone 3 für das Metallband 2, eine einen Glühraum umfassende Aufheiz-/Haltezone 4 zum Erwärmen und temperaturmäßigem Verweilen des Metallbandes 2, eine erste Kühlzone 5 zum langsamen Abkühlen des Metallbandes 2, eine nach der ersten Kühlzone 5 angeordnete Umlenkvorrichtung 6 mit einer Rollenanordnung 7 mit zwei oder mehr Rollen, zum Umlenken des Metallbandes 2 in Richtung einer Auslasszone 8 für das Metallband 2 aufweisen. Eine Ausführungsform der Aufheiz-/Haltezone 4 und die erste Kühlzone 5 werden weiter unten im näheren Detail beschrieben.
  • Nach der Umlenkvorrichtung 6 befindet sich eine zweite Kühlzone 9, wobei die zweite Kühlzone 9 mindestens eine Kühlfluidzuführeinheit umfasst. Die Kühlfluidzuführeinheit dient dazu ein Kühlfuid beispielsweise ein Gas oder eine Kühlflüssigkeit in die zweite Kühlzone 9 zur Kühlung des Metallbandes 2 zu leiten. Die Kühlfluidzuführeinheit kann beispielsweise eine Sprüh- und/oder Düsenkühlung und/oder Strahlkühlung umfassen. So können in der zweiten Kühlzone 9 beispielsweise Düsen angeordnet sein, durch welche das Kühlfluid zur Umströmung des Metallbandes 2 in der zweite Kühlzone 9 eingeblasen wird. Die Kühlung des Metallbandes 2 erfolgt in der zweiten Kühlzone 9 bevorzugt durch Konvektion. Die erste Kühlzone 5 ist hingegen als Radiationskühlungszone ausgebildet, in welcher die Abkühlung des Metallbandes 2 durch Emission von Strahlung erfolgt. Das Kühlfluid kann in der zweiten Kühlzone 9 im Kreislauf geführt sein. In diesem falls kann auch ein Wärmetauscher zum Übertragen von Wärme aus dem Kühlfluid auf einen anderen Stoffstrom vorgesehen sein. Das Kühlfluid kann beispielsweise aus der zweiten Kühlzone abgesaugt und über eine Leitung dem Wärmetauscher zugeführt und nach Abkühlung wieder in die zweite Kühlzone 9 eingeblasen werden.
  • Die Wärmebehandlung des Metallbandes erfolgt in einer Schutzgasatmosphäre mit hohen H2-Gehalt (30% - 100% H2) und tiefen Taupunkten (-20°C bis -70°C) erfolgen, um Oxidationen zu vermeiden. Aus diesem Grund ist in der Aufheiz-/Haltezone 4, in der ersten Kühlzone 5, in der Umlenkvorrichtung 6 und in der zweiten Kühlzone 9 sowie in etwaigen nachfolgenden Kühlzonen eine entsprechende Schutzgasatmosphäre vorhanden. Insbesondere kann im gesamten Aufstiegsstrang und im gesamten Abstiegsstrang eine Schutzgasatmosphäre herrschen.
  • Um die Schutzgasatmosphäre im Inneren des Vertikalofens 1 nicht zu kontaminieren, kann als Kühlfluid der Kühlzone 9 ein Schutzgas, insbesondere ein H2 umfassendes Schutzgas, verwendet werden.
  • Anschließend an die zweite Kühlzone 9 kann eine dritte Kühlzone 11 vorgesehen sein. Auch in Bezug auf die Kühlzone 11 gilt das zur Kühlzone 9 Gesagte sinngemäß. Die Abkühlung des Metallbandes 2 erfolgt in den drei Kühlzonen 5, 9 und 11 unterschiedlich stark. Ein Unterschied zwischen Eintrittstemperatur des Metallbandes 2 in die jeweilige Kühlzone 5, 9, 11 und der Austrittstemperatur bei Verlassen der jeweiligen Kühlzone 5, 9, 11 ist bevorzugt in der ersten Kühlzone 5 höher als in der zweiten Kühlzone 9 und in der dritten Kühlzone 11. In der ersten Kühlzone 5 kann das Metallband 2 beispielsweise von 1020°C auf 700°, in der zweiten Kühlzone 9 von 700°C auf 600°C und in der dritten Kühlzone 11 von 600°C auf 60°C abgekühlt werden. Die oben angegebenen Werte sind beispielshaft zu verstehen und können in der Praxis variieren.
  • In der Umlenkvorrichtung 6 kann die Temperatur gegenüber der ersten Kühlzone 5 konstant sein. Wie aus Fig. 1 erkennbar ist, kann durch die Umlenkvorrichtung 6 bzw. die Rollenanordnung 7 die Förderrichtung des Metallbandes 2 in der zweiten Kühlzone 9 gegenüber der ersten Kühlzone 5 umgekehrt sein. Insbesondere kann die Umlenkvorrichtung 6 bzw. die Rollenanordnung 7 die Förderrichtung des Metallbandes um 180° umlenken.
  • Die erste Kühlzone 5 und die zweite Kühlzone 9 sind an ihren der Umlenkvorrichtung 6 zugewandten Enden über ein Gehäuse 10 der Umlenkvorrichtung 9 miteinander gasdicht gegenüber einer Umgebung des Vertikalofens 1 verbunden. Die Kühlzone 5 und die Kühlzone 9 können über das Gehäuse 10 auch in einer Strömungsverbindung stehen bzw. gastechnisch miteinander verbunden sein. Somit bilden die erste Kühlzone 5 und die zweite Kühlzone 9 sowie das Gehäuse 10 der Umlenkvorrichtung einen gemeinsamen Raum. Die Umlenkvorrichtung 9 stellt eine Verbindung auch in gastechnischer Hinsicht zwischen einem die Aufheiz-/Haltezone 4 und die erste Kühlzone 5 umfassenden Aufwärtsstrang 17 und einem die Kühlzone 9 und gegebenenfalls weitere Kühlzonen umfassenden Abwärtsstrang 18 des Vertikalofens 1 dar.
  • Die Umlenkvorrichtung 6 kann thermisch isoliert sein und ein oder mehrere Heizmittel sowie eine Temperaturkontrolleinheit umfassen, um eine Einstellung und/oder Regelung der Temperatur der Umlenkvorrichtung 6 zu ermöglichen. Die Heizmittel der Umlenkvorrichtung können elektrisch oder gasbetrieben sein. Die Umlenkung des Metallbandes 2 erfolgt bei erhöhter Temperatur zwischen 300°C - 1000°C. Die Temperaturkontrolleinheit ist dazu eingerichtet, mittels des zumindest einen Heizmittels, ein Temperaturniveau der Umlenkvorrichtung 9 auf ein Temperaturniveau des Metallbandes 2 zu regeln. Mittels der Umlenkvorrichtung wird das Metallband 2 bei erhöhter Bandtemperatur und reinster Schutzgasatmosphäre mit einem Wasserstoffgehalt zwischen 30% bis 100% und einem Taupunkt zwischen -20°C bis -70° C beschädigungsfrei umgelenkt.
  • Weiters kann die Rollenanordnung 7 der Umlenkvorrichtung 6 mittengeregelte Umlenkrollen aufweisen, um das Metallband zu zentrieren..
  • Vor der Aufheiz-/Haltezone 4 kann eine Schnellaufheizzone 12 mit einer Heizvorrichtung angeordnet sein. Bevorzugt ist die Heizvorrichtung der Schnellaufheizzone 12 als Induktionsheizung ausgebildet und dient zur schnellen Erwärmung der Metallbandes 2. Die Schnellaufheizzone 12 weist einen Prozessraum mit einer Wandung aus einem nichtmetallischen Material sowie einer Einlass- und einer Auslassöffnung für das Metallband auf. Der Prozessraum kann mit einer Muffel realisiert werden. In dem Prozessraum der Schnellaufheizzone 12 ist eine Schutzgasatmosphäre mit hohen H2-Gehalt von 30% - 100% H2 und tiefen Taupunkten von - 20°C bis -70°C vorhanden. Außerhalb des Prozessraumes der Schnellaufheizzone 12 ist mindestens ein Induktor angeordnet. Hierbei kann der Prozessraum von dem Induktor umschlossen werden. Der Induktor kann als Querfeld oder Längsfeldinduktor ausgebildet sein. Darüber hinaus ist der Prozessraum der Schnellaufheizzone 12 mit dem Prozessraum der Aufheiz-/Haltezone 4 sowie der Schnellaufheizzone vorgelagerten Elementen gegenüber der äußeren Umgebung des Vertikalofens gasdicht verbunden. Es gibt somit gasdichte Verbindungsstücke zwischen dem Prozessraum (Muffel) der Schnellaufheizzone 12 und den vor-/nachgelagerten Elementen. Der Prozessraum der Schnellaufheizzone 12 ist mit dem Prozessraum der Aufheiz-/Haltezone 4 baulich und schutzgastechnisch verbunden. Auch die Einlasszone 3 ist an Schnellaufheizzone 12 gegenüber einer Umgebung des Vertikalofens 1 gasdicht angebunden.
  • Darüber hinaus kann auch eine Integration der Schnellaufheizzone 12 in ein übergeordnete Sicherheitssystem des Vertikalofens 1 realisiert werden. Die Verwendung des Induktors ermöglicht eine Schnellerwärmung des Metallbandes 2 und eine wesentliche Durchsatzsteigerung.
  • Weiters kann in der Einlasszone 3 und/oder in der Auslasszone 4 je zumindest eine in einem Gehäuse 13 gelagerte Tänzerrolle 14 angeordnet sein. Gemäß Fig. 2 kann das Gehäuse 13 eine Einlassöffnung 15 und eine Auslassöffnung 16 für das Metallband 2 aufweisen. In dem Inneren des Gehäuses 13 kann eine Schutzgasatmosphäre, insbesondere eine Wasserstoff und/oder Stickstoffatmosphäre herrschen.
  • Gemäß Fig.1 ist an einem der Umlenkvorrichtung 6 abgewandten Endabschnitt des Aufwärtsstrangs 17und/oder des Abwärtsstranges 18 je zumindest eine Dichtvorrichtung 24 bzw. 8 zum Abdichten gegenüber der Umgebungsatmosphäre angeordnet sein. Die Einlasszone 3 ist somit mit dem Aufwärtsstrang 17 und die Auslasszone 4 mit dem Abwärtsstrang 18 des Vertikalofens 1 gegenüber einer Umgebung des Vertikalofens 1 gasdicht verbunden. Gemäß Fig. 3 kann die Dichtvorrichtung 24 eine Einlassöffnung 25 und eine Auslassöffnung 26 für das Metallband 2 aufweist. Bevorzugt ist die Dichtvorrichtung 24 als Öldichtung ausgebildet. Die Dichtvorrichtung 24 kann direkt mit dem Gehäuse 13 verbunden sein.
  • Wie aus Fig. 1 weiter ersichtlich ist, kann der Vertikalofen 1 eine erste rohrförmige Muffel 17a und eine zweite rohrförmige Muffel 17b innerhalb derer das Metallband 2 geführt ist, aufweisen. Das Innere der Muffel 17a stellt hierbei den Prozessraum der Aufheiz-/Haltezone 4 und die Muffel 17b den Prozessraum der Kühlzone 5 dar. Die Kupplungseinrichtung 20 ist zwischen der ersten Muffel 17a und der zweiten Muffel 17b angeordnet und verbindet die beiden Muffeln 17a und 17b an ihren Enden. Die Aufheiz-/Haltezone 4 ist entlang der ersten erste Muffel 17a angeordnet, die erste Kühlzone 5 entlang der zweiten Muffel 17b, während die zweite Kühlzone 9 und die dritte Kühlzone 11 im Abwärtsstrang 18 angeordnet sind. In der ersten Muffel 17a und in der zweiten Muffel 17b sowie in der Umlenkvorrichtung 6 und der zweiten Kühlzone 9 und der dritten Kühlzone 11 kann eine Schutzgasatmosphäre, insbesondere eine Wasserstoffatmosphäre, mit hohen H2-Gehalt (30% - 100% H2) und tiefen Taupunkten (-20°C bis -70°C), herrschen, um Oxidationen zu vermeiden. Der Vertikalofen 1 kann in diesem Zusammenhang beispielsweise eine Gasversorgungseinheit, insbesondere eine Wasserstoffversorgung, umfassen, die mit dem Inneren der ersten Muffel 17a und/oder dem Inneren der zweiten Muffel 17b verbunden ist. Weiters kann eine Vorrichtung zur Bestimmung von Partikeln in der Atmosphäre innerhalb der Muffeln 17a, 17b, Umlenkvorrichtung 6, zweite Kühlzone 9, dritte Kühlzone 11 vorgesehen sein.
  • Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, kann weiters eine thermische Isolierung 19 zur Isolierung der ersten Muffel 17a und oder zweiten Muffel 17b vorgesehen sein. Die Schnellaufheizzone 12 kann vor der ersten Muffel 17a angeordnet und mit dieser gegenüber der äußeren Atmosphäre gasdicht verbunden sein.
  • Die Aufheiz-/Haltezone 4 kann entlang der Muffel 17a und die erste Kühlzone 5 entlang der Muffel 17b angeordnet sein. Die beiden Muffeln 17a und 17b können über eine Kupplungsvorrichtung 20 miteinander verbunden sein.
  • In der Aufheiz-/Haltezone 4 können ein oder mehrere elektrisches Heizelemente 21 an einer äußeren Mantelfläche der ersten Muffel 17a, insbesondere in Umfangsrichtung entlang der Muffel 17a verlaufend, angeordnet sein, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Das Heizelement 21 kann hierbei zwischen der thermischen Isolierung 19 und der Muffel 17a angeordnet sein.
  • Weiters kann das Heizelement 21 von einer feuerfesten Schicht 22, beispielsweise aus einer Schicht vakuum-geformter Ziegel, umgeben sein. Das Heizelement 21 ist hierbei zwischen der zumindest einen ersten Muffel 17a und der feuerfesten Schicht 22 angeordnet. Darüber hinaus kann auf der feuerfesten Schicht 22 mindestens eine Schicht 23 aus einem fasrigen Material, beispielsweise ein Vlies, ein Gewirk, ein Gewebe, Geflecht oder Filz, angeordnet sein. Die feuerfeste Schicht 22 ist hierbei zwischen dem zumindest eine Heizelement 21 und der zumindest einen Schicht 23 aus fasrigem Material angeordnet.
  • Aus Fig. 4 und 5 ist der nähere Aufbau der Kühlzone 5 des Aufstiegsstranges gezeigt. Die Kühlzone 5 ist als Langsam-Strahlungskühlzone ausgebildet, in welcher das Metallband nur durch Abgabe von thermisches Strahlung gegenüber einer gekühlten Wandung 29 der Muffel 17b gekühlt wird. Im Inneren der Muffel 17b, d.h. im Prozessraum der Kühlzone 5 befindet sich eine Schutzgasatmosphäre mit hohen H2-Gehalt von 30% - 100% H2 und tiefen Taupunkten von -20°C bis -70°C. Die Kühlzone 5 weist einen gegenüber der äußeren Atmosphäre des Vertikalofens 1 gasdichten als Muffel 17b ausgeführten Prozessraum auf. Die Muffel 17b kann mit der Muffel 17a und der Umlenkvorrichtung 10 und dem Abwärtsstrang 18 jedoch schutzgastechnisch verbunden sein, sodass ein zumindest geringer Austausch von Schutzgas zwischen diesen Bereichen möglich ist.
  • Um den Prozessraum der ersten Kühlzone 5 ist ein von einem Kühlfluid 27 durchströmter Kühl-/Heizraum 28 angeordnet. Der Kühl-/Heizraum 28 wird durch die Wandung 29 der Muffel 17b und einem außenliegenden isolierten Gehäuse 37 begrenzt. Eine dem Kühl-/Heizraum 28 zugewandte Mantelfläche der den Prozessraum umgebenden Wandung 29 der Muffel 17b ist mit dem Kühlfuid 27 beaufschlagt. Das Kühlfluid 27, bei dem es sich bevorzugt um ein Gas oder Gasgemisch, beispielsweise Luft, N2 oder andere Gase oder Gasgemische, kühlt somit die Muffel 17b von außen. Das heiße Metallband 2 gibt seine Energie in Form von Strahlung über die gekühlte Muffelwand ab.
  • Das Kühlfluid 27 kann durch einen Wärmetauscher 30 geführt sein, um aus dem Kühl-/Heizraum 28 ausströmendes Kühlfluid 27 Wärme zu rekuperieren und das Kühlfluid 27 abzukühlen. Alternativ oder zusätzlich zur Verwendung eines Wärmetauschers kann jedoch auch frisches Kühlfluid 27, beispielsweise in Form von Frischluft über eine Zuleitung in den Kühlfluidstrom eingespeist und zur Kühlung der Muffelwand in den Kühl-/Heizraum 28 eingeblasen werden.
  • Weiters kann eine Ableitung zum Ausstoßen von aus dem Kühl-/Heizraum ausströmenden Kühlfluid 27 vorgesehen sein. Zur Erzeugung einer Strömung in dem Kühlfluid 27 ist eine Strömungsmaschine 32, insbesondere ein Gebläse, vorgesehen.
  • Darüber hinaus kann eine Heizvorrichtung 31 zur Erwärmung des Kühlfuids 27 vorhanden sein. Durch die Heizvorrichtung 31 kann die Temperatur des Kühlfluids 27 gemäß den gegebenen Prozessanforderungen verändert und somit in das Abkühlungsverhalten des Metallbandes 2 in der Kühlzone 5 gezielt eingegriffen werden. Das Kühl- und Heizsystem kann in ein oder mehrere Regelzonen entlang der Länge der Muffel 17b aufgeteilt sein. Das Kühl-Heizsystem der Kühlzone 5 ermöglicht auch ein Halten einer Temperatur des Metallbandes in diesem Bereich.
  • Weiters können eine Temperaturmessvorrichtung 33 zur Messung der Temperatur in dem Kühl-/Heizraum 28 sowie eine Temperaturmessvorrichtung 34 zur Messung der Temperatur des aus dem Kühl-/Heizraum 28 ausströmenden Kühlfluids 27 und eine Temperaturmessvorrichtung 35 zur Messung des in den Kühl-/Heizraum 28 einströmenden Kühlfluids 27 vorgesehen sein. Der Vertikalofen 1 bzw. eine Ofensteuerung, beispielsweise ein entsprechend programmierter Prozessor, kann dazu eingerichtet sein, die Temperatur des in den Kühl-/Heizraum 28 einströmenden Kühlmediums 27 in Abhängigkeit von einer in dem Kühl-/Heizraum 28 gemessenen Temperatur und/oder die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums 27 zu verändern.
  • Weiters kann neben der Temperatur- auch ein Druckregelung des Kühlsystems erfolgen. Hierzu kann in dem Kühl-/Heizraum 28 kann auch eine Druckmessvorrichtung 36 zur Messung eines Drucks angeordnet sein.
  • Die spezielle Ausführung der Kühlzone 5 ermöglicht eine langsame und gleichmäßige Abkühlung des Metallbandes 2 in reinster Schutzgasatmosphäre (30% bis 100% H2, Taupunkt - 20°C bis -70°C).
  • Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus Elemente teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.
    • Bezugszeichenaufstellung
  • 1 Vertikalofen 29 Wandung
    2 Metallband 30 Wärmetauscher
    3 Einlasszone 31 Heizvorrichtung
    4 Aufheiz-/Haltezone 32 Strömungsmaschine
    5 Kühlzone 33 Temperaturmessvorrichtung
    6 Umlenkvorrichtung 34 Temperaturmessvorrichtung
    7 Rollenanordnung 35 Temperaturmessvorrichtung
    8 Auslasszone 36 Druckmessvorrichtung
    9 Kühlzone 37 Isoliertes Gehäuse
    10 Gehäuse
    11 Kühlzone
    12 Schnellaufheizzone
    13 Gehäuse
    14 Tänzerrolle
    15 Einlassöffnung
    16 Auslassöffnung
    17 Aufwärtsstrang
    17a erste Muffel
    17b zweite Muffel
    18 Abwärtsstrang
    19 Isolierung
    20 Kupplung
    21 Heizelement
    22 Schicht
    23 Material
    24 Dichtvorrichtung
    25 Einlassöffnung
    26 Auslassöffnung
    27 Kühlfluid
    28 Kühl-/Heizraum

Claims (28)

  1. Vertikalofen (1) zur kontinuierlichen Wärmebehandlung eines Metallbandes (2) insbesondere eines Elektrobandes, wobei der Vertikalofen (1) in einer Förderrichtung des Metallbandes (2) gesehen
    - eine Einlasszone (3) für das Metallband (2);
    - eine Aufheiz-/Haltezone (4) mit einem Glühraum zum Erwärmen und temperaturmäßigen Verweilen des Metallbandes (2);
    - zumindest eine erste Kühlzone (5) zum Abkühlen des Metallbandes (2);
    - zumindest eine nach der ersten Kühlzone (5) angeordnete Umlenkvorrichtung (6), zum Umlenken des Metallbandes (2) in Richtung einer Auslasszone (8) für das Metallband (2) umfasst,
    wobei zumindest eine zweite Kühlzone (9) in Bezug auf die Förderrichtung nach der Umlenkvorrichtung (6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kühlzone (5) als Radiationskühlungszone für das Metallband ausgebildet ist, wobei um den Prozessraum der ersten Kühlzone (5) ein von einem Kühlfluid (27) durchströmter Kühl-/Heizraum (28) angeordnet ist, wobei eine dem Kühl-/Heizraum (28) zugewandte Mantelfläche einer den Prozessraum umgebenden Wandung (29) mit dem Kühlfuid (27) beaufschlagt ist.
  2. Vertikalofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er zumindest in der Aufheiz-/Haltezone (4), in der ersten Kühlzone (5), in der Umlenkvorrichtung (6) und in der zweiten Kühlzone (9) zur Wärmebehandlung des Metallbandes eine Schutzgasatmosphäre mit hohen H2-Gehalt von 30% - 100% H2 und tiefen Taupunkten von -20°C bis -70°C aufweist, um Oxidationen zu vermeiden.
  3. Vertikalofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheiz-/Haltezone (4) und die erste Kühlzone (5) jeweils zumindest einen Prozessraum mit einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung für das Metallband, insbesondere metallisch gekapselten Prozessraum, beispielsweise zumindest einen von einer Muffel (17a, 17b) umgebenen Prozessraum, umfassen.
  4. Vertikalofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessraum der Aufheiz-/Haltezone (4) mit dem Prozessraum der ersten Kühlzone (5) gasdicht verbunden ist.
  5. Vertikalofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Kühlfluid (27) ein Gas oder Gasgemisch, insbesondere Luft, ist.
  6. Vertikalofen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid (27) durch einen Wärmetauscher (30) geführt ist.
  7. Vertikalofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass er zumindest eine Zuleitung zum Zuführen von frischem Kühlfluid, insbesondere Frischluft, aufweist.
  8. Vertikalofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass er zumindest eine Ableitung zum Ausstoßen von aus dem Kühl-/Heizraum ausströmenden Kühlfluid aus dem Vertikalofen (1) aufweist.
  9. Vertikalofen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass er zumindest eine Strömungsmaschine (32), insbesondere ein Gebläse, zur Erzeugung einer Strömung in dem Kühlfluid (27) aufweist.
  10. Vertikalofen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Heizvorrichtung (31) zur Erwärmung des Kühlfuids (27) vorgesehen ist.
  11. Vertikalofen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass er zumindest eine Temperaturmessvorrichtung (33) zur Messung der Temperatur in dem Kühl-/Heizraum (28) aufweist.
  12. Vertikalofen nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass er zumindest eine Temperaturmessvorrichtung (34) zur Messung der Temperatur des aus dem Kühl-/Heizraum (28) ausströmenden Kühlfluids (27) und zumindest eine Temperaturmessvorrichtung (35) zur Messung des in den Kühl-/Heizraum (28) einströmenden Kühlfluids (27) aufweist.
  13. Vertikalofen nach einem Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass er dazu eingerichtet ist, die Temperatur des in den Kühl-/Heizraum (28) einströmenden Kühlmediums (27) in Abhängigkeit zumindest von zumindest einer in dem Kühl-/Heizraum (28) gemessenen Temperatur und/oder die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmediums (27) zu verändern.
  14. Vertikalofen nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kühl-/Heizraum (28) zumindest eine Druckmessvorrichtung (36) zur Messung eines Drucks in dem Kühl-/Heizraum (28) angeordnet ist.
  15. Vertikalofen nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine zweite Kühlzone (9) zumindest eine Sprüh- und/oder Düsenkühlung und/oder Strahlkühlung zum Beaufschlagen einer Oberfläche des Metallbandes mit Kühlfluid aufweist.
  16. Vertikalofen nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid der zumindest einen zweiten Kühlzone (9) ein Schutzgas, insbesondere H2, umfasst oder ist.
  17. Vertikalofen nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kühlzone (5) und die zweite Kühlzone (9) an ihren der Umlenkvorrichtung (6) zugewandten Enden über ein Gehäuse (10) der Umlenkvorrichtung (9) gegenüber einer Umgebung des Vertikalofens gasdicht miteinander verbunden sind.
  18. Vertikalofen nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkvorrichtung (6) thermisch isoliert ist.
  19. Vertikalofen nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkvorrichtung (6) zumindest ein Heizmittel umfasst.
  20. Vertikalofen nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkvorrichtung (6) eine Temperaturmesseinheit und eine Temperaturkontrolleinheit umfasst, wobei die Temperaturkontrolleinheit dazu eingerichtet ist, mittels des zumindest einen Heizmittels, ein Temperaturniveau der Umlenkvorrichtung auf ein Temperaturniveau des Metallbandes (2) zu regeln
  21. Vertikalofen nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Rollenanordnung (7) der Umlenkvorrichtung (6) zur Mittelregelung des Metallbandes eingerichtet ist.
  22. Vertikalofen nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass er eine in Förderrichtung des Metallbandes (2) vor der Aufheiz-/Haltezone (4) eine zusätzliche Schnellaufheizzone (12) für das Metallband mit zumindest einer Heizvorrichtung aufweist.
  23. Vertikalofen nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Heizvorrichtung der Schnellaufheizzone (12) als Induktionsheizung ausgebildet ist, wobei die Schnellaufheizzone (12) einen Prozessraum mit einer Wandung (29) aus einem nichtmetallischen Material sowie einer Einlass- und einer Auslassöffnung für das Metallband (2) umfasst, wobei der Prozessraum der Schnellaufheizzone (12) eine Schutzgasatmosphäre mit hohen H2-Gehalt von 30% - 100% H2 und tiefen Taupunkten von -20°C bis -70°C aufweist, und die Induktionsheizung außerhalb des Prozessraums angeordnet ist.
  24. Vertikalofen nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessraum der Schnellaufheizzone (12) mit dem Prozessraums der Aufheiz-/Haltezone (4) gegenüber der äußeren Umgebung des Vertikalofens (1) gasdicht verbunden ist.
  25. Vertikalofen nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine dritte Kühlzone (11) vorgesehen ist, welche dritte Kühlzone (11) in Bezug auf die Förderrichtung des Metallbandes nach der zweiten Kühlzone angeordnet ist, wobei die dritten Kühlzone (11) eine Schutzgasatmosphäre mit hohen H2-Gehalt (30% - 100% H2) und tiefen Taupunkten (-20°C bis -70°C) aufweist.
  26. Vertikalofen nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass in der Einlasszone (3) und/oder in der Auslasszone (4) je zumindest eine in einem Gehäuse (13) gelagerte Tänzerrolle (14) angeordnet ist, wobei das Gehäuse (13) je eine Einlassöffnung (15) und eine Auslassöffnung (16) für das Metallband (2) aufweist und in dem Inneren des Gehäuses (13) eine Schutzgasatmosphäre, insbesondere eine Wasserstoff und/oder Stickstoffatmosphäre herrscht.
  27. Vertikalofen nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlasszone (3) mit der Schnellaufheizzone (12) gegenüber einer Umgebung des Vertikalofens (1) gasdicht verbunden ist.
  28. Vertikalofen nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslasszone (4) mit einem zumindest die zweite Kühlzone (9) umfassenden Abwärtsstrang des Vertikalofens (1) gegenüber einer Umgebung des Vertikalofens (1) gasdicht verbunden ist.
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