SE529299C2 - Förfarande för att justera hårdheten hos en skivliknande metallprodukt - Google Patents

Description

25 30 i 529 299 Idag sker värmebehandlingen av skivliknande material vanligen i ugnar. Vanliga sådana ugnar innefattar bränslebaserade ugnar, som kan innefatta en öppen flamma eller ett värmerör för att överföra värme till metallskivan.

När sådana ugnar används för värmebehandlingen av exempelvis en metallskiva är det ofta inte möjligt att uppnå den önskade temperaturprofilen över skivan. Istället inträffar ett antal problem.

För det första erfar kända ugnar för värmebehandling av skiv- liknande material problem med överhettade kanter, jämfört med uppvärmningen vid skivans mellersta delar. Anledningen till detta är att förhållandet mellan skivans ytarea och» dess volym ökar ut mot skivans kant, vilket ger upphov till en snabbare värmetransport in i metallen vid kanterna. Detta är vanligt när skiv- eller plattprodukter med tjocklekar som varierar' mellan l nml och lO0 mm värmebehandlas, men utgör även ett problem för material med ännu större tjocklek (exem- pelvis upp till 300 mm), och över hela spektret av metallma- terial, inklusive kolstâl, rostfritt stål, mjuka kolstâl, aluminium, koppar, etc. Temperaturskillnaden mellan skivans kant och dess mitt kan vara så stor som 20°C.

I det fall skivorna värmebehandlas en och en uppstår proble- met både vid skivornas sidokanter, såväl som vid start- och slutkanterna. För kontinuerlig processning av en lång metall- skiva uppstår problemet framförallt vid kanterna, men möjli- gen även vid start eller stopp av processen, eller vid byte av skivor.

Resultatet av detta problem är att temperaturskillnaderna i tvärgàende- och längsled leder till deformationer, icke lik- 70 75 20 25 30 529 299 formig hårdhet och/eller andra. materialegenskaper som inte fördelas likformigt över skivan. I vissa fall måste skivor rätas ut före nästa processteg, vilket ytterligare försämrar materialets hårdhets- och restspänningsegenskaper. Naturligt- vis inträffar problemet både i de tvärgående och längsgående riktningarna över skivan.

För det andra är det svårt att på ett noggrant sätt reglera temperaturprofilen, i vilken riktning som helst, över skiv- liknande metaller när» konventionella ugnar används.. Såsom beskrivs ovan kan en specifik, icke likformig temperaturpro- fil önskas, för att skapa en värmebehandlad metall som är lämplig för vidare bearbetning i_ olika tillämpningar. Reg- lering av temperaturprofilen är ofta önskvärt både när det gäller skivans längsgående och tvärgående riktningar.

För det tredje är det i' vissa tillämpningar önskvärt att några delar av det skivliknande materialet värmebehandlas vid olika tidpunkter än andra delar. Exempelvis har uppfinnarna visat att det är fördelaktigt att värma upp skivans mittersta delar först när en metallskiva glödgas, för att införa tryck- mittdelen. att spänningar i Därefter är det fördelaktigt överföra värme till skivans kant. På detta sätt kommer tryck- spänningen som införs i skivans kanter inte att orsaka att skivan deformeras när skivan glödgas. Detta kommer att be- skrivas närmare i detalj nedan.

Föreliggande uppfinning löser de ovan beskrivna problemen.

Sålunda åstadkommer uppfinningen ett förfarande för att värma ett skivliknande material i en industriugn till en förutbe- stämd temperaturprofil längs med materialets längs och bredd.

Uppfinningen utmärks av att det skivliknande materialet 10 75 20 25 30 i 529 299 bringas att transporteras i en ugn, relativt åtminstone en ramp under materialet och/eller åtminstone en ramp över mate- rialet, där var och en av ramperna innefattar ett antal DFI- brännare (Direct Fuel Impingement), belägna i en rad bredvid varandra, av att DFI-brännarna bringas att riktas mot det skivliknande materialet, av att de individuella brännarna i varje ramp regleras så att de avger en förutbestämd uppvärm- ningseffekt, av att åtminstone en av de individuella DFI- brännarna kan vridas kring den längsgående axeln hos den ramp på vilken den är monterad, varvid den individuella brännarens längsgående axel kan justeras till att bilda en vinkel, som skiljer sig från 90°, mot det skivliknande materialets yta, och av att varje brännare matas med ett gasformigt eller vätskeformigt bränsle och en oxidant som innehåller mer än 80 viktprocent syre.

Uppfinningen åstadkommer även en anordning av den typ och med väsentligen de kännetecken som beskrivs i krav 7.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas i detalj, med hänvisning till exemplifierande utföringsformer av uppfinningen, Aoch till de bifogade ritningarna, varav: Fig. 1 är en vy ovanifrån över en brännarramp i enlighet med en första föredragen utföringsform av uppfinningen.

Fig. 2 är en tvärsnittsvy över en detalj av en skivliknande produkt som värmebehandlas med hjälp av två individuella brännare i enlighet med en första föredragen utföringsform av uppfinningen. I Fig. 3 är en tvärsnittsvy över en ugn med en brännarramp i enlighet med föreliggande uppfinning. 70 75 20 25 30 529 299 Fig. 4 är en vy ovanifrån över en brännarramp i enlighet med en andra föredragen utföringsform av uppfinningen.

Med hänvisning till Fig. 1, Fig. 2 och Fig. 3 kommer nu en första föredragen utföringsform av uppfinningen att beskri- VâS.

I denna första utföringsform glödgas en skivliknande metall, innan ett formningsbearbetningssteg. Materialet antingen förvärms eller värms upp till sin slutgiltiga formningstempe- ratur. I det första fallet värmebehandlas det ytterligare i en andra ugn, upp till sin slutgiltiga formningstemperatur.

Fig. 1 visar en metallskiva 2 i ett kontinuerligt glödgnings- processteg. Förknippade med metallskivan 2 är längsgående 3 och tvärgàende 4 riktningar, med hänvisning till metallski- vans 2 rörelseriktning 5. Längs med metallskivans 2 tvärgåen- de riktning 4 är en brännarramp 6 anordnad. Rampen 6 är för- sedd med ett antal individuella DFI-brännare 7, som är anord- nade på jämna avstånd från varandra, längs med metallskivans 2 tvärgående riktning 4. såsom visas i Fig. 2 visar en tvärsnittsvy i ett plan P-P, Fig. l, över två individuella brännare 7, som är belägna på två ramper 6, en över metallskivan 2 och en under metallski- van 2. Eftersom de två individuella brännarna 7 är väsentli- gen likadana, visas hänvisningssiffror endast för den övre brännaren 7. Såsom kan ses är brännarna anordnade i en brän- narhållare 8, som tillåter att brännaren vrids för att juste- ra vinkeln A hos den flamma 9 som framställs med hjälp av brännaren 7. I föreliggande utföringsform kan brännarvinkeln A endast justeras i metallskivans 2 längsgående riktning 3, men det bör noteras att vilken annan vinkeljusteringsriktning 10 75 20 25 30 v 529 299 som helst skulle kunna användas, beroende på syftet med utfö- ringsformen. Varje brännare 7 är vidare utrustad med en bränsleledning 10, en oxidantledning ll och ett munstycke 12.

Ventiler (inte visade) används för att reglera varje indivi- duell brännares 7 uppvärmningseffekt. En sådan reglering kan vara i form av att slå till eller från brännaren 7, antingen permanent eller med hjälp av en viss uppdateringsfrekvens, varigenom brännaren 7 slås på och av upprepade gånger. Reg- leringen kan även vara i form av att justera brännarens 7 uppvärmningseffekt på en kontinuerlig skala, så att den är en viss procentuell andel av brännarens 7 maximala uppvärmnings- effekt.

Fig. 3 visar en ugn 1, i vilken det kontinuerliga processte- get för att värmebehandla metallskivan 2 enligt Fig. 2 sker.

Såsom är fallet i Fig. 2 visas endast hänvisningssiffror för rampen 6 och de individuella brännarna 7, som är anordnade över metallskivan 2, av symmetri- och förenklingsskäl.

Brännarna 7 matas med ett gasformigt eller vätskeformigt bränsle, och en oxidant som innehåller åtminstone 80% syre.

I föreliggande uppfinning är brännarna 7 anordnade på ett sådant sätt, med hänvisning till deras inbördes avstånd och avståndet mellan brännarmunstyckena 12 och metallskivans 2 yta, att den del av flammorna 9 hos intilliggande brännare 7, som slår emot metallskivans 2 yta, överlappar varandra i viss utsträckning. Ett typiskt mellanrum mellan på varandra föl- jande brännare 7 är ungefär 50 mm, och avståndet mellan varje brännarmunstycke 12 och skivans yta varierar mellan 50 och 300 mm. Emellertid är det klart att andra inställningar för avstånd mellan brännarna kan användas, och fortfarande uppnå syftena med föreliggande uppfinning. 70 15 20 25 30 529 .299 7 I Fig. 1 visas endast en ramp 6, belägen på en sida av me- tallskivan. I Fig. 2 visas två ramper 6, varvid en ramp 6 är anordnad på vardera sidan av metallskivan 2. Emellertid skall det inses att flera ramper kan användas tillsammans med var- andra, när skivliknande metaller värmebehandlas med förelig- anordnade i gande uppfinning. Exempelvis kan flera ramper, materialets rörelses 5 längsgående riktning 3, användas för att värma metallen 2 i på varandra följande steg. Det är även möjligt att behandla materialet 2 med värme i flera på var- andra följande steg, genom att gå över den skivliknande me- tallen 2 flera gånger, under användning av samma ramp eller ramper.

Tjockleken hos metallskivan 2 kan variera mellan l mm och 100 mm, men skivor som är så tjocka som 300 mm kan värmebehandlas i vissa tillämpningar. I regel är det möjligt att värma me- tallskivan 2 på ett effektivt sätt om metallskivan 2 är upp till 2 mm tjock med hjälp av brännarramper 6 på endast en sida av metallskivan 2. Emellertid är det föredraget att använda brännarramper 6 på bägge sidor av metallskivan 2 om tjockleken hos metallskivan 2 överstiger 2 mm, för att värmen skall sprida sig jämnare i materialet.

Eftersom varje DFI-brännares 7 uppvärmningseffekt kan regle- ras individuellt, kan uppvärmningseffektprofilen för värmebe- handlingen av den skivliknande metallen regleras noggrant.

Sålunda kan temperaturprofilen, och som en följd därav även fördelningen av naterialegenskaperna efter glödgning, såsom hårdhet, planhet och restspänningar, regleras över metallski- Van .

För att reglera materialegenskaperna i den tvärgående rikt- ningen 4 kan rampens 6 effektiva bredd förändras (genom att 70 15 20 25 30 = 529 299 8 permanent slå till och från de individuella brännarna 7), eller kan intensiteten hos varje individuell brännare 7 reg- leras.

Föreliggande uppfinning kan användas för värmebehandling av både ändliga metallskiveelement, som har en väldefinierad början och ett väldefinierat slut, såväl som för semikontinu- erlig eller kontinuerlig processning av en utsträckt metall- skiva. Sålunda kan samma problem inträffa nära start- eller ändkanterna hos metallskivan, som på sidokanterna. Sålunda är det ett syfte för föreliggande uppfinning att även åstadkomma ett sätt att överkomma dessa problem för alla kanter hos en metallskiva med begränsad längd, när sådana skivor processas.

Sålunda kan de individuella brännarna 7 regleras i realtid, för att reglera materialegenskapsprofilen i den längsgående riktningen 3, när metallskivan 2 passerar förbi rampen 6, så att deras respektive uppvärmningseffekter förändras när de är belägna nära, eller slutkanten hos metall- eller vid, start- skivan 2.

Såsom redan noterats ovan kan varje individuell brännare 7 vridas, så att vinkeln A hos brännaren 7 är mer eller mindre än 90° i förhållande till metallskivans 2 längsgående rikt- ning 3. Dessutom kan rampen 6 själv, som innehåller de indi- viduella brännarna 7, vridas längs med sin längsgående axel 13, vilket ger upphov till en individuell, överlagrad vrid- ning' A ~hos varje individuell. brännare 7 i. metallskivans 2 längsgående riktning 3. Brännarvinklarna A justeras till exempel i syfte att reglera riktningen hos avgaserna; minime- ra förekomsten av läckluftflöde; eller att reglera avbrän- ningen av förorenande material, såsom oljor från tidigare processteg, Den indi- som är närvarande på metallskivans yta. 70 15 20 25 30 529 299 viduella brännarvinkeln A kan regleras över ett vinkelområde av åtminstone O - 20° i vardera riktningen från 90°-läget.

Sålunda kan varje individuell brännarvinkel A justeras på ett sådant sätt att flammorna 9 regleras till att riktas både mot och från metallskivans 2 rörelseriktning 5.

Företrädesvis finns ett àterkopplingssystem (inte visat), för att reglera brännarnas 7 intensitet till att passa den aktu- ella tillämpningen. Sålunda kan sensorer anordnas i ugnen 1, på eller nära rampen 6 och/eller metallskivan 2, som mäter. temperaturen hos metallskivan 2, eller vilken annan lämplig variabel som helst. Baserat pà dessa mätningar justeras upp- värmningseffekten hos de individuella brännarna 7, antingen under kontinuerlig drift eller mellan individuella skivor när föreliggande uppfinning drivs med diskreta metallskivor, för att optimera värmebehandlingens prestanda. I detta fall kan uppvärmningseffektmönstret som skall användas även finjuste- ras till att passa egenskaperna hos den metallskiva som verk- ligen skall behandlas. V I den utföringsform som visas i Fig. 1 riktar regleringen av varje individuell brännares 7 uppvärmningseffekt in sig på att skapa en likformig temperaturprofil över metallskivans 2 tvär- 4 och längsgående 3 riktningar. Det förutses att tempe- raturskillnaden mellan vilka tvâ punkter som helst i metall- skivan 2 i praktiska tillämpningar kommer att regleras till att vara mindre än IPC. Emellertid skall det noteras att vilken lämplig temperaturprofil som helst, inte bara en lik- formig profil, kan uppnås över metallskivan 2 med hjälp av föreliggande uppfinning.

Med hänvisning till Fig. 4 kommer nu en andra föredragen utföringsform av föreliggande uppfinning att beskrivas. Deni 70 75 20 25 30 529 299 10 andra utföringsformen är i allmänhet en variation av den första utföringsformen, varför hänvisningssiffrorna är gemen- 1 och Fig. 3. Dessutom samma för liknande delar mellan Fig. utelämnas för enkelhets skull den detaljerade beskrivningen av vissa delar i den utföringsform som visas i Fig. 3, som redan beskrivits i detalj ovan.

I denna andra utföringsform utförs glödgning av en metallski- va 2 med hjälp av en första brännarramp 14 och en andra brän- l5 är anordnade i narramp 15, där de tvâ brännarramperna 14, linje efter varandra, och vid en vinkel 2B från varandra, där vinkeln B är mindre än 90° i förhållande till metallskivans 2 rörelseriktning 5.

På grund av metallskivans 2 rörelseriktning 5 nås metallski- vans 2 centrala del av brännarflammorna 9 innan dess att sidodelarna nås. Sålunda värms den centrala delen upp före sidodelarna, givet ett tvärgàende tvärsnitt av nætallskivan 2. Sålunda kommer spännkrafter att införas i metallskivans 2 centrala del när glödgningsprocessen fortskrider längs med metallskivans 2 längsgående riktning 4. Detta minimerar ris- ken för deformering under glödgningen, eftersom sådan defor- mering annars är vanlig, på grund av överflödig spännkraft i sidodelarna hos glödgade metallskivor jämfört med deras cen- trala delar.

Ovan har föredragna utföringsformer beskrivits. Emellertid kommer det att vara uppenbart för fackmannen att många för- ändringar kan utföras av de beskrivna utföringsformerna utan att frångà uppfinningens idé. Sålunda skall uppfinningen inte vara begränsad av de beskrivna utföringsformerna, utan snara- re vara möjlig att utöka inom de bifogade kravens ram.

Claims (12)

10 75 20 25 30 529 299 11 P A. T E N T K R. A. V

1. Förfarande för att värma ett skivliknande material (2) i en industriugn (l) till en förutbestämd temperaturprofil längs med materialets (2) längs- (3) och tvärgående (4) rikt- ning, k ä n n e t e c k n a t a v att det skivliknande mate- (1), och/eller åtmin- rialet (2) bringas att transporteras i en ugn relativt åtminstone en ramp (6) under materialet (2) (2), innefattar ett antal DFI-brännare (Direct Flame Impingement) (7), rad bredvid _ av att (DFI- brännarna (7) stone en ramp (6) över materialet av att varje ramp (6) anordnade i en varandra, riktas mot det skivliknande materialet (2), av att de individuella brännarna (7) på varje ramp (6) regleras så att de ger en förutbestämd uppvärmningseffekt, av att åtminstone en av de individuella DFI-brännarna (7) kan vridas kring den längsgående axeln (13) hos den ramp (6) på vilken den är monterad, varvid den individuella brännarens (7) längsgående axel kan justeras till att bilda en vinkel (A), som skiljer sig från 902 (2) yta, mot det skivliknande materialets och av att varje brännare (7) matas med ett gasfor- migt eller vätskeformigt bränsle och en oxidant som innehål- ler mer än 80 viktprocent syre.

2. Förfarande enligt krav 1, ik ä n n e t e c k n a t a v att brännarna (7) i varje ramp (6) är anordnade längs med rampen (6) med samma avstånd mellan brännarna (7).

3. Förfarande enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k - n a t a v att brännarna (7) i en ramp (6) anordnas, med hänvisning till avståndet mellan brännarna (7) samt avståndet mellan varje brännarmunstycke (12) och det skivliknande mate- Iiâlets (2) yta, så att flammorna (9) överlappar varandra på det skivliknande materialets (2) yta. 70 15 20 25 30 _ att transportera det skivliknande materialet (2) 529 299 12

4. Förfarande enligt krav 1, 2 eller 3, klä n n e t e c k - n a t a v att åtminstone en av ramperna (6) vrids kring sin (13), längsgående axel justeras så att de bildar en vinkel (A), som längsgående axel varvid de individuella brännarnas (7) skiljer sig från 90°, mot det skivliknande materialets (2) yta.

5. Förfarande enligt något av föregående krav, k å n n e - t e c k n a t a v att åtminstone en av ramperna (6) är upp- (l4, 15), och av att de två ramperna delad i två ramper placerade i linje efter var- andra, (14, 15) justeras till att bilda att vinkel (B), som är mindre än 90°, mot det skivlik- nande materialets (2) rörelseriktning (5).

6. Forfarande enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t a v att regleringen av varje individuell brän- nares (7) uppvärmningseffekt utförs genom att antingen slå till eller från individuella brännare (7) på ett diskret sätt, eller genom att reglera varje individuell brännares (7) uppvärmningseffekt på en kontinuerlig skala.

7. Anordning för att värma ett skivliknande material (2) i en industriugn (l) till en förutbestämd 'temperaturprofil längs med materialets (2) längs- (3) och tvärgående (4) rikt- ning, k ä n n e t e c k n a d a v att organ âstadkoms för i en ugn (1), relativt åtminstone en ramp (6) under~ materialet (2) och/eller åtminstone en ramp (6) över materialet (2), av att varje ramp (6) innefattar ett antal DFI-brännare '(Direct Flame Impingement) (7), av' att DFI-brännarna (7) anordnade i en rad bredvid varandra, är anordnade -att riktas mot det (2), regleras så att de ger en förutbestämd skivliknande materialet av att de individuella brännarna (7) på varje ramp (6) 70 75 20 25 30 529 299 13 uppvärmningseffekt, av att åtminstone en av de individuella är anordnad för att kunna vridas kring den (13) DFI-brännarna (7) längsgående axeln hos den ramp (6) på Vilken den är varvid den individuella brännarens (7) (A), monterad, längsgående axel kan justeras till att bilda en vinkel som skiljer sig från 90°, mot det skivliknande materialets (2) yta, och av att varje brännare (7) matas med ett gasformigt eller vätskeformigt bränsle och en oxidant som innehåller mer än 80 viktprocent syre.

8. Anordning enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d a v att brännarna (7) i varje ramp (6) är anordnade längs med rampen (6) med samma avstånd mellan brännarna (7).

9. Anordning enligt krav 7 eller 8, k ä n n e_t e c k - n a d a v att brännarna (7) i en ramp (6) är anordnade, med hänvisning till avståndet mellan brännarna (7) och avståndet (12) materialets (2) yta, så att flammorna (9) överlappar varandra skivliknande mellan varje samt det brännarmunstycke på ytan hos det skivliknande material (2) som är beläget framför rampen.

10. Anordning enligt krav 7, 8 eller 9, k ä n n e t e c k - n a d a v att åtminstone en av ramperna (6) är anordnad för att kunna vridas kring sin längsgående axel (13), varvid de individuella brännarnas (7) längsgående axlar justeras så att de bildar en vinkel (A), som skiljer sig från 90°, mot det skivliknande materialets (2) yta.

11. ll. Anordning enligt något av kraven, 7 - 10, k ä n n e - t e c k n a d a v att åtminstone en av ramperna (6) är upp- delad i två ramper (14, 15), placerade i linje efter var- andra, och av att de två ramperna (14, 15) bildar en vinkel 529 299 14 (B), som är mindre än 90°, mot det skivliknande materialets (2) rörelseriktning (5).

12. Anordning enligt något av kraven 7 - ll, k ä n n e - t e c k n a d a v att regleringen av varje individuell brän- nares (7) uppvärmningseffekt är anordnad att utföras genom att antingen slå till eller från individuella brännare (7) på ett diskret sätt, eller genom att reglera varje individuell brännares (7) uppvärmningseffekt pà en kontinuerlig skala.