WO2023198634A1

WO2023198634A1 - Wärmebehandlungslinie für warmband

Info

Publication number: WO2023198634A1
Application number: PCT/EP2023/059277
Authority: WO
Inventors: Frank Maschler; Markus LANGEJÜRGEN; GIOVANNI Amedeo D
Original assignee: Sms Group Gmbh
Priority date: 2022-04-11
Filing date: 2023-04-06
Publication date: 2023-10-19
Also published as: DE102023203244A1

Abstract

Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Glüheinrichtung (1), insbesondere einen Glühofen, zur oxidationsfreien Wärmebehandlung eines warmgewalzten Stahlbandes (3), welches zur Herstellung von Elektroband und/oder von Edelstahlband vorgesehen ist, eine Behandlungslinie (2) zum kontinuierlichen Beizen und oxidationsfreien Glühen eines warmgewalzten Stahlbandes (3), sowie ein Verfahren zum kontinuierlichen Beizen und oxidationsfreien Glühen eines warmgewalzten Stahlbandes (3).

Description

Wärmebehandlungslinie für Warmband

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Glüheinrichtung, insbesondere einen Glühofen, zur oxidationsfreien Wärmebehandlung eines warmgewalzten Stahlbandes, welches zur Herstellung von Elektroband und/oder von Edelstahlband vorgesehen ist, eine Behandlungslinie zum kontinuierlichen Beizen und oxidationsfreien Glühen eines warmgewalzten Stahlbandes, sowie ein Verfahren zum kontinuierlichen Beizen und oxidationsfreien Glühen eines warmgewalzten Stahlbandes.

Elektroband ist eines der bedeutendsten weichmagnetischen Werkstoffe für Magnetkerne und besteht üblicherweise aus einer Eisen-Silizium-Legierung. Es wird derzeit in zwei unterschiedliche Elektrobandgüten unterteilt. Das sog. nicht-kornorientierte Elektroband ist in allen Richtungen gleichermaßen magnetisierbar und wird überwiegend in rotierenden elektrischen Maschinen eingesetzt. Demgegenüber weist das sog. kornorientierte Elektroband eine Vorzugsrichtung der Magnetisierbarkeit auf und findet in der Regel bei Leistungstransformatoren, Verteilungstransformatoren und höherwertigen Kleintransformatoren Anwendung.

Die Herstellung der Elektrobänder, wie dies beispielsweise in der US 2017/0283903 A1 offenbart ist, erfolgt üblicherweise indem eine spezifische metallische Stahlzusammensetzung, die (in Gew.-%) typischerweise 2,5 bis 4,0 % Si, 0,010 bis 0,100 % C, bis zu 0,150 % Mn, bis zu 0,065 % AI und bis zu 0,0150 % N, sowie jeweils optional 0,010 bis 0,3 % Cu, bis 0,060 % S, bis 0,100 % P, bis jeweils 0,2 % As, Sn, Sb, Te und Bi, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen aufweist, zu einem Vormaterial, wie einer Bramme, Dünnbramme oder einem gegossenen Band, vergossen, und unmittelbar zu einem sog. Warmband warmgewalzt wird. Das sodann warmgewalzte Stahlband wird einer Glühbehandlung unterzogen und in einem weiteren Schritt zu einem sog. Kaltband kaltgewalzt. Um die vorteilhaften magnetischen Eigenschaften zu erzielen, wird das Kaltband sodann in einer kontinuierlichen Glüh- und Beschichtungslinie rekristallisierend geglüht und nachfolgend mit einer Isolationsbeschichtung beschichtet.

Für die Glühbehandlung des warmgewalzten Stahlbandes wird die auf der Oberfläche vorhandene Zunderschicht üblicherweise toleriert, da eine weitere Oxidation in den offenbeheizten Glühöfen und somit ein weiterer Zunderaufbau (sog. Glühzünder) unvermeidlich ist. Im Stand der Technik wird das warmgewalzte Stahlband daher zunächst einer Glühbehandlung und anschließend einem Entzunderungsprozess unterzogen, um ein für den nachfolgenden Kaltwalzprozess zunderfreies Warmband bereitzustellen. Die Kombination Glühen-Beizen ist als sog. Glüh-Beizlinie bekannt. In Anlehnung an den englischen Sprachgebrauch wird eine solche Linie auch als eine sog. „APL“ bezeichnet (Annealing Pickling Line) bezeichnet.

Der Entzunderungsprozess sieht zunächst eine mechanische Vorentzunderung vor, die anschließend von einem chemischen Beizprozess ergänzt wird. Die mechanische Entzunderung wird üblicherweise mittels einer Strahleinrichtung durchgeführt, wodurch die Oberfläche des Warmbandes derart aufgeraut wird, dass die erzeugte Rauigkeit nach dem Kaltwalzen zum erheblichen Teil erhalten bleibt und sodann die magnetischen Eigenschaften des kornorientierten oder des nichtorientierten Elektrobandes beeinträchtigt.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Glühöfen bestehen aus einem Aufheiz- sowie Halteteil, und einem sich daran anschließenden Kühlteil, der eine Luftkühl- sowie eine Wasserkühlsektion umfasst. Im Aufheizteil wird das Warmband über Gasbrenner mit fossilen Brennstoffen offen beheizt, wodurch hohe CO2-Emissionen entstehen. Eine derartige Glüheinrichtung ist beispielsweise aus der US 5,472,528 bekannt, die zudem den Einsatz von Induktionsvorrichtungen lehrt, die entweder stromauf- oder abwärts mindestens einer traditionellen Heizeinrichtung angeordnet sind, um die Trägheit von traditionellen Heizmitteln zu verbessern. Im Halteteil wird das Warmband sodann in einer Stickstoff-Atmosphäre elektrisch beheizt. In der sich anschließenden Luftkühlstrecke wird das Warmband zunächst einer Langsamkühlung und sodann einer intensiveren Wasserkühlung unterzogen. Während der Langsamkühlung wird das Warmband weiter oxidiert. Die hierbei gebildeten Zunderpartikel werden mit der Abluft abgeführt, so dass diese aufwendig gefiltert werden muss. Auch während der intensiveren Wasserkühlung entsteht zusätzlicher Zunder, der aus dem Kühlwasser, üblicherweise über Zunder- Absetzbecken, entfernt werden muss.

Es besteht daher in der Fachwelt weiterhin der Wunsch, derartige Verfahren zu verbessern.

Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur oxidationsfreien Wärmebehandlung eines warmgewalzten Stahlbandes, welches zur Herstellung von Elektroband und/oder von Edelstahlband vorgesehen ist, bereitzustellen, die eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Prozessführung erlaubt. Weiterhin liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum kontinuierlichen Beizen und oxidationsfreien Glühen eines warmgewalzten Stahlbandes, welches zur Herstellung von Elektroband und/oder von Edelstahlband vorgesehen ist, bereitzustellen.

Beschreibung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Glüheinrichtung, insbesondere durch einen Glühofen, zur oxidationsfreien Wärmebehandlung eines warmgewalzten Stahlbandes mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Behandlungslinie zum kontinuierlichen Beizen und oxidationsfreien Glühen eines warmgewalzten Stahlbandes mit den

Merkmalen des Patentanspruchs 9, sowie durch ein Verfahren zum kontinuierlichen Beizen und oxidationsfreien Glühen eines warmgewalzten Stahlbandes mit den

Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.

Die erfindungsgemäße Glüheinrichtung, insbesondere ein Glühofen, zur oxidationsfreien Wärmebehandlung eines warmgewalzten Stahlbandes, welches zur Herstellung von Elektroband und/oder von Edelstahlband vorgesehen ist, umfasst einen hermetisch abgedichteten Ofenraum, der eine Aufheizsektion, ggf. eine sich an die Aufheizsektion anschließende Haltesektion, sowie eine an die Aufheizsektion, ggf. eine an die Haltesektion, anschließende Kühlsektion aufweist, wobei die Aufheizsektion eine Vielzahl von hintereinander geschalteten Induktoren aufweist, und wobei die Kühlsektion eine Kühleinrichtung umfasst, über die ein reduzierendes Schutzgas zum Kühlen des warmgewalzten Stahlbandes in die Kühlsektion einbringbar ist.

Die erfindungsgemäße Behandlungslinie zum kontinuierlichen Beizen und oxidationsfreien Glühen eines warmgewalzten Stahlbandes, welches zur Herstellung von Elektroband und/oder von Edelstahlband vorgesehen ist, umfasst eine Vorbehandlungseinrichtung, in der das warmgewalzte Stahlband gebeizt werden kann, sowie die in Bandlaufrichtung hinter der Vorbehandlungseinrichtung angeordnete erfindungsgemäße Glüheinrichtung.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum kontinuierlichen Beizen und oxidationsfreien Glühen eines warmgewalzten Stahlbandes, welches zur Herstellung von Elektroband und/oder von Edelstahlband vorgesehen ist, wird das warmgewalzte Stahlband, ggf. nach einem Abwickelschritt, zunächst einer Vorbehandlungseinrichtung zugeführt und in dieser gebeizt; und anschließend als gebeiztes Stahlband einer Glüheinrichtung zugeführt und unter einer reduzierenden Schutzgasatmosphäre zunächst induktiv über eine Vielzahl von hintereinander geschalteten Induktoren auf eine Glühtemperatur aufgeheizt, sodann geglüht und anschließend unter Einsatz eines reduzierenden Schutzgases abgeschreckt und/oder abgekühlt.

Als Stahlband zur Herstellung von Elektrobändern wird vorzugsweise ein Stahl verwendet, der (in Gew.-%) typischerweise 2,5 bis 4,0% Si, 0,010 bis 0,100% C, bis zu 0,150% Mn, bis zu 0,065% AI und bis zu 0,0150% N, sowie jeweils optional 0,010 bis 0,3% Cu, bis 0,060% S, bis 0,100% P, bis jeweils 0,2% As, Sn, Sb, Te und Bi, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen aufweist.

Die erfindungsgemäße Glüheinrichtung ermöglicht eine vollständige Wärmebehandlung unter einer reduzierenden Schutzgasatmosphäre, die gegenüber dem eingesetzten Warmband reduzierend wirkt und damit eine oxidfreie Stahlbandoberfläche ermöglicht. Über die Induktoren kann eine sehr hohe Leistungsdichte erzielt werden, wodurch der Aufheizteil gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Glühöfen erheblich verkürzt werden kann. Konventionelle Gasbrenner oder Strahlungsheizelemente sind demnach nicht vorgesehen. Dies ermöglicht in gleicher Weise einen wirtschaftlichen Betrieb der Glüheinrichtung unter einer reduzierenden Schutzgasatmosphäre. Weiterhin weist ein reduzierendes Schutzgas, wie beispielsweise Wasserstoff, gegenüber atmosphärischer Luft einen verbesserten konvektiven Wärmeübergang auf, wodurch innerhalb der Kühlsektion hohe Kühlraten, beispielsweise von bis zu 50 K/s erzielbar sind. Diese wirken sich entweder zugunsten einer kürzeren Baulänge der erfindungsgemäßen Glüheinrichtung aus, beispielsweise für nicht-kornorientiertes Elektroband, oder aus qualitativen Gründen besonders vorteilhaft aus, beispielsweise um eine intensive Kühlung von kornorientiertem-Elektroband oder Edelstahl zu erzielen.

Insofern ermöglich die erfindungsgemäße Glüheinrichtung eine vor der Wärmebehandlung durchzuführende Beizbehandlung, die sich besonders vorteilhaft auf den Wärmebehandlungsprozess des Warmbands auswirkt, da auf den Einsatz von Zunderbrechern und/oder von Strahleinrichtungen verzichtet werden kann. Hierdurch können die Beizzeiten kürzer gewählt und somit die Ausbringung erhöht werden. Zudem kann die Rauigkeit der Oberfläche verringert werden, wodurch die magnetischen Eigenschaften des Elektrobandes verbessert werden.

Weitere Vorteile der Erfindung sind: a) Vermeidung von CO2-Emissionen; b) Oxidationsfreie Wärmebehandlung; c) kürzere Baulänge der Glüheinrichtung; d) Vermeidung von offenem Kühlwasser; e) Verringerung von Staubemissionen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängig formulierten Ansprüchen angegeben. Die in den abhängig formulierten Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können weitere Ausgestaltungen der Erfindung definieren. Darüber hinaus werden die in den Ansprüchen angegebenen Merkmale in der Beschreibung näher präzisiert und erläutert, wobei weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung dargestellt werden.

An dieser Stelle wird darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Glüheinrichtung weder für eine Warmbandverzinkungsanlage (auch als Pickling- and Galvanising Line (PGL) bezeichnet) vorgesehen noch für diese geeignet ist.

Insofern ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Glüheinrichtung in horizontaler Bauart ausgeführt ist. Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass die Kühlsektion und/oder die Ausgangsschleuse der Glüheinrichtung nicht in einer Beschichtungseinrichtung münden.

In einer vorteilhaften Ausführungsvariante des Verfahrens wird das gebeizte Stahlband zunächst in einer Aufheizsektion der Glüheinrichtung auf eine Glühtemperatur von mindestens 800 °C mit einer Aufheizrate von mindestens 20 K/s, mehr bevorzugt mit einer Aufheizrate von mindestens 25 K/s, noch mehr bevorzugt mit einer Aufheizrate von mindestens 30 K/s erwärmt. Allerdings sollte die Aufheizrate einen Wert von maximal 60 K/s, mehr bevorzugt 55 K/s, und am meisten bevorzugt einen Wert von 50 K/s nicht überschreiten.

Vorteilhafterweise ist hierbei vorgesehen, dass das gebeizte und demnach vollständig vom Zunder befreite Stahlband innerhalb der Aufheizsektion über zwei separate Stufen aufgeheizt wird. Vorzugsweise umfasst die Glüheinrichtung hierzu eine erste Stufe mit einer Vielzahl von hintereinander geschalteten Längsfeld-Induktoren, in der das gebeizte Stahlband zunächst auf eine Temperatur von mindestens 650 °C erwärmt wird. Demgegenüber weist die Glüheinrichtung in der zweiten Stufe eine Vielzahl von hintereinander geschalteten Querfeld-Induktoren, mittels derer das Stahlband sodann auf die Glühtemperatur von mindestens 800 °C erwärmt wird.

Die jeweilige Anzahl der Induktoren, mit denen üblicherweise Aufheizraten von bis zu 100 K/(s*mm Banddicke) erzielbar sind, innerhalb der Glüheinrichtung ist von der erforderlichen Gesamtleistung abhängig und kann demnach zwischen 1 und 20 variieren.

Zugunsten einer guten Ankopplung des Magnetfeldes sollte der Durchtrittsspalt für das Stahlband nicht zu groß sein. Daher beträgt dieser in der Aufheizsektion vorteilhafterweise eine vertikale Erstreckung von < 300 mm, mehr bevorzugt eine vertikale Erstreckung von < 250 mm, und am meisten bevorzugt eine vertikale Erstreckung von < 200 mm auf.

Um die Wärmeverluste innerhalb der Aufheizsektion möglichst gering zu halten, ist in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante vorgesehen, dass der Durchtrittsspalt durch eine Wärmedämmschicht begrenzt ist, die unterhalb und oberhalb der Stahlbanddurchführungsebene angeordnet und außenseitig mit einer gasdichten Umhüllung versehen ist.

Sofern das warmgewalzte Stahlband im Weiteren zur Herstellung eines kornorientierten sowie eines nicht-kornorientierten Elektrobandes vorgesehen ist, so wird dieses vorzugsweise in einer sich an die Aufheizsektion anschließenden Haltesektion bei einer Temperatur im Bereich von 800 - 1200 °C für mindestens 60 s geglüht.

Die Glüheinrichtung kann daher in einer bevorzugten Ausführungsvariante eine Haltesektion aufweisen, die besonders bevorzugt drei einzelne Haltesektionsstufen umfasst. Die erste Haltesektionsstufe schließt sich direkt an die Aufheizsektion an, wobei die zweite Haltesektionsstufe direkt der Kühlsektion vorgeschaltet ist. Beide Haltesektionsstufen umfassen zum einen konventionelle elektrische Heizelemente, die unterhalb der Stahlbanddurchführungsebene angeordnet sein können. Weiterhin umfassen die beiden Haltesektionsstufe konventionelle luftdurchströmte Kühlstrahlrohre, die beispielsweise oberhalb der Stahlbanddurchführungsebene angeordnet sein können. Die dritte Haltesektionsstufe ist innerhalb der Haltesektion zwischen der ersten und der zweiten Haltesektionsstufe angeordnet und weist im Gegensatz zu diesen keine Kühlstrahlrohre, sondern nur die elektrischen Heizelemente auf.

Nach der Glühbehandlung wird das Stahlband unter Einsatz eines reduzierenden Schutzgases abgeschreckt und/oder abgekühlt. In einer vorteilhaften Ausführungsvariante des Verfahrens kann das geglühte Stahlband in einer sich direkt an die Aufheizsektion anschließenden Kühlsektion der Glüheinrichtung mit einer anfänglichen Abkühlrate von mindestens 15 K/s gekühlt werden. Die Glüheinrichtung umfasst in dieser Ausführungsvariante daher lediglich eine Aufheizsektion sowie eine Kühlsektion.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante des Verfahrens kann das geglühte Stahlband in einer sich direkt an die Haltesektion anschließenden Kühlsektion der Glüheinrichtung gekühlt werden. In diesem Falle betragen die anfänglichen Abkühlraten mindestens 40 K/s.

Vorteilhafterweise umfasst die Kühleinrichtung hierzu zumindest eine Düse, über die das reduzierende Schutzgas auf das Stahlband blasbar ist. Mehr bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass die Kühleinrichtung zumindest eine oberhalb und zumindest eine unterhalb einer Stahlbanddurchführungsebene angeordnete Düse umfasst. Die zumindest eine Düse kann als Schlitzdüse ausgebildet sein, die sich innerhalb der Kühlsektion quer zu einer Transportrichtung des Stahlbandes erstreckt. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsvariante kann die Kühleinrichtung zumindest jeweils einen oberhalb und unterhalb einer Stahlbanddurchführungsebene angeordneten Verteiler aufweisen, der eine Vielzahl von Lochdüsen umfasst. Die jeweilige Düse ist vorteilhafterweise derart ausgebildet, dass eine Austrittsgeschwindigkeit des reduzierenden Schutzgases von 50 bis 150 m/s erzielbar ist.

Weiterhin ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Kühleinrichtung zumindest eine Gebläseeinrichtung umfasst, über die das reduzierende Schutzgas der zumindest einen Düse, ggf. dem zumindest einen Verteiler, zuführbar ist. Ferner kann die Kühleinrichtung zumindest einen Wärmetauscher umfassen, über den das in die Kühlsektion eingeblasene reduzierende Schutzgas kühlbar ist.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante ist hierbei vorgesehen, dass die Kühleinrichtung ein Kreislaufsystem aufweist, in welchem die zumindest eine Düse und/oder der zumindest eine Verteiler nebst Düsen, die zumindest eine Gebläseeinrichtung sowie der zumindest eine Wärmetauscher miteinander verschaltet sind, besonders bevorzugt derart, dass das reduzierende Schutzgas über die zumindest eine Gebläseeinrichtung sowie die zumindest eine Düse und/oder den zumindest einen Verteiler nebst Düsen in die Kühlsektion, ganz besonders bevorzugt auf das Stahlband, eingeblasen und über die zumindest eine Gebläseeinrichtung wieder abgesaugt und mittels des zumindest einen Wärmetauschers gekühlt wird. Eine derartige Kühleinrichtung ermöglicht unter Einsatz des reduzierenden Schutzgases, bezogen auf die Stahlbandfläche, konvektive Wärmeübergänge von 500 bis 800 W/m²K, wodurch die hohen Kühlraten von > 40 K/s erzielbar werden.

Als reduzierendes Schutzgas wird vorzugsweise ein wasserstoffreiches Gas verwendet, welches einen Wasserstoff-Anteil von mindestens 30 Vol-%, mehr bevorzugt einen Wasserstoff-Anteil von mindestens 50 Vol-%, noch mehr bevorzugt einen Wasserstoff- Anteil von mindestens 75 Vol-%, aufweist.

Die Zuführung des reduzierenden Schutzgases in den Ofenraum kann grundsätzlich an verschiedenen Stellen der Glüheinrichtung erfolgen. Bevorzugt ist jedoch vorgesehen, dass das reduzierende Schutzgas der Haltesektion zugeführt wird, um bei maximaler Bandtemperatur die maximale Reduktionswirkung zu erzielen. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante kann das reduzierende Schutzgas der Kühlsektion zugeführt werden, um den Wärmeübergang zu erhöhen.

Figurenbezeichnung

Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die gezeigten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung und/oder Figuren zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände, so dass ggf. Erläuterungen aus anderen Figuren ergänzend herangezogen werden können. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Glüheinrichtung,

Fig. 2 eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Behandlungslinie,

Fig. 3 ein Wärmebehandlungstemperaturprofil für ein kornorientiertes- und ein nichtkornorientiertes Elektroband, und

Fig. 4 ein Wärmebehandlungstemperaturprofil für ein Edelstahlband.

In Figur 1 ist eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Glüheinrichtung 1 dargestellt, die zur Verwendung in einer Behandlungslinie 2 zum kontinuierlichen Beizen und oxidationsfreien Glühen eines warmgewalzten Stahlbandes 3 vorgesehen ist (siehe Figur 2). Derartige Stahlbänder 3 dienen zur Herstellung von Elektroband und/oder von Edelstahlband und werden üblicherweise nach der durchgeführten Glüh- bzw. Wärmebehandlung einem Kaltwalzprozess zugeführt.

Die in der vorliegenden Ausführungsvariante gezeigte Glüheinrichtung 1 umfasst einen hermetisch abgedichteten Ofenraum 4, der unter einer reduzierendes Schutzgasatmosphäre betrieben wird. Die Zuführung des reduzierenden Schutzgases in den Ofenraum 4 kann an verschiedenen Stellen erfolgen, wie dies anhand der Bezugsziffer 100 exemplarisch dargestellt ist.

Der Ofenraum 4 umfasst eine Eingangsschleuse 5, durch die das warmgewalzte Stahlband 3 in den Ofenraum 4 eintritt, und eine Ausgangsschleuse 6, durch die das sodann wärmebehandelte Stahlband 3 den Ofenraum 4 wieder verlässt. An die Eingangsschleuse 5 angrenzend weist die Glüheinrichtung 1 zunächst eine Aufheizsektion 7 auf, die eine Vielzahl von hintereinander geschalteten Induktoren 8, 9, 10, 11 umfasst, wobei die Induktoren 8, 9 eine erste Stufe 12 und die beiden Induktoren 10, 11 eine zweite Stufe 13 der Aufheizsektion 7 bilden.

Die Induktoren 8, 9 sind hierbei als Längsfeld-Induktoren ausgebildet und weisen hierzu entsprechende Längsfeld-Induktorspulen 14 auf. Demgegenüber sind die Induktoren 10, 11 als Querfeld-Induktoren ausgebildet, die entsprechende Querfeld-Induktorspulen 15 aufweisen. Weiterhin weist jeder der Induktoren 8, 9, 10, 11 jeweils eine unterhalb und eine oberhalb einer Stahlbanddurchführungsebene 16 angeordnete Wärmedämmschicht 17, 18 auf, die außenseitig mit einer gasdichten Umhüllung 19 versehen ist. Wie der Darstellung zu entnehmen ist, wird in jedem der Induktoren 8, 9, 10, 11 jeweils durch die Wärmedämmschichten 17, 18 ein Durchtrittsspalt 20 erzeugt, der zugunsten einer guten Ankopplung des Magnetfeldes in der vorliegenden Ausführungsvariante eine vertikale Erstreckung von 150 mm aufweist. Zwischen den einzelnen Induktoren 8, 9, 10, 11 sind ferner Rollenstände 21 angeordnet, mittels derer der Banddurchhang des Stahlbands 3 begrenzt wird. Auch die Rollenstände 21 sind in der vorliegenden Ausführungsvariante mit jeweils einer unterhalb und einer oberhalb der Stahlbanddurchführungsebene 16 angeordneten Wärmedämmschicht 17, 18 versehen, die außenseitig über die gasdichte Umhüllung 19 gegenüber der Atmosphäre abgedichtet ist.

Weiterhin umfasst die Glüheinrichtung 1 eine sich an die Aufheizsektion 7 anschließende Haltesektion 22, die drei Haltesektionsstufe 23, 24, 25 aufweist, wobei jede einzelne dieser Haltesektionsstufen 23, 24, 25 mit elektrischen Heizelementen 26 versehen ist, die unterhalb der Stahlbanddurchführungsebene 16 angeordnet sind. Die beiden äußeren Haltesektionsstufen 23, 25 umfassen in der vorliegend dargestellten Ausführungsvariante zusätzlich konventionelle luftdurchströmte Kühlstrahlrohre 27, die oberhalb der Stahlbanddurchführungsebene 16 angeordnet sind. Wie anhand der Figur 1 weiterhin erkennbar, ist auch die gesamte Haltesektion 22 mit jeweils einer unterhalb und einer oberhalb der Stahlbanddurchführungsebene 16 angeordneten Wärmedämmschicht 17, 18 versehen, die außenseitig über die gasdichte Umhüllung 19 gegenüber der Atmosphäre abgedichtet ist. An die Haltesektion 22 schließt sich sodann eine Kühlsektion 28 an, die eine Kühleinrichtung 29 umfasst. Die Kühleinrichtung 29 weist in der vorliegenden Ausführungsvariante zwei separate Kühlstufen 30, 31 auf, über die das geglühte Stahlband 3 intensiv mit einem reduzierenden Schutzgas, wie beispielsweise Wasserstoff, abgekühlt bzw. abgeschreckt werden kann. Hierzu weist jede der beiden Kühlstufen 30, 31 jeweils einen unterhalb und einen oberhalb der Stahlbanddurchführungsebene 16 angeordneten Verteiler 32, 33 auf, der jeweils mit einer Vielzahl von in Richtung der Stahlbanddurchführungsebene 16 ausgerichteten Düsen (nicht dargestellt) versehen ist. Jeder der Verteiler 32, 33 ist hierbei über eine Gasleitung mit einer außerhalb des Ofenraums 4 angeordneten Gebläseeinrichtung 34, 35, beispielsweise einen Ventilator, fluidisch verbunden, über die das reduzierende Schutzgas sodann diesen zugeführt werden kann. Weiterhin umfasst jede der zwei separaten Kühlstufen 30, 31 einen ebenfalls außerhalb des Ofenraums 4 angeordneten Wärmetauscher 36, 37, über den das in die jeweilige Kühlstufe 30, 31 der Kühlsektion 28 eingeblasene reduzierende Schutzgas kühlbar ist. Hierzu ist die jeweilige Kühlstufe 30, 31 über eine weitere Gasleitung mit der jeweiligen Gebläseeinrichtung 34, 35 fluidisch verbunden.

Figur 2 zeigt exemplarisch eine Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Behandlungslinie 2, die eine Vorbehandlungseinrichtung 38 sowie die in Bandlaufrichtung dahinter angeordnete Glüheinrichtung 1 umfasst. Im Einzelnen umfasst die dargestellte Behandlungslinie 2 eine erste Haspeleinrichtung 39, über die ein Warmbandcoil 40 zunächst abgewickelt wird. Das sodann abgewickelte warmgewalzte Stahlband 3 wird einer ersten Trenneinrichtung 41 zugeführt, um mittels derer eine saubere Kante für einen nachfolgenden Schweißprozess zu erzeugen. Nach dem Verschweißen in einer Schweißeinrichtung 42 wird das Stahlband 3 einer Besäumeinrichtung 43 zugeführt, in der die Bandkanten des Stahlbandes 3 besäumt werden. Nach dem Durchlauf durch einen Einlaufspeicher 44 tritt das Stahlband 3 in die Vorbehandlungseinrichtung 38, in der es gebeizt, gespült und anschließend getrocknet wird. Als gebeiztes Stahlband 3 wird es sodann der Glüheinrichtung 1 zugeführt und in dieser unter einer reduzierenden Schutzgasatmosphäre zunächst auf eine Glühtemperatur aufgeheizt, geglüht und anschließend intensiv abgekühlt bzw. abgeschreckt, bevor es anschließend über einen Auslaufspeicher 45 wieder gehaspelt wird.

In Figur 3 ist ein Wärmebehandlungstemperaturprofil für jeweils ein warmgewalztes Stahlband 3 gezeigt, welches im Weiteren zur Herstellung eines kornorientierten sowie eines nicht-kornorientierten Elektrobandes 48, 49 vorgesehen ist.

Das für die Herstellung des kornorientierten Elektrobandes 48 vorgesehene warmgewalzte Stahlband 3 weist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Breite von 1280 mm und eine Banddicke von 2300 pm auf und wird bei einer Bandgeschwindigkeit von 75 m/min einer oxidationsfreien Wärmebehandlung in der Glüheinrichtung 1 unterzogen. Das für die Herstellung des nicht-kornorientierten Elektrobandes 49 vorgesehene warmgewalzte Stahlband 3 weist hingegen eine Breite von 1280 mm und eine Banddicke von 2600 pm auf und wird bei einer Bandgeschwindigkeit von 80 m/min einer oxidationsfreien Wärmebehandlung in der Glüheinrichtung 1 unterzogen.

Das jeweilige warmgewalzte und zuvor in der Vorbehandlungseinrichtung 38 gebeizte Stahlband 3 wird hierzu durch die Einlaufschleuse 5 in den Ofenraum 4 geführt, der eine reduzierende Schutzgasatmosphäre aufweist. Als reduzierendes Schutzgas wird ein wasserstoffreiches Gas verwendet, das einen Wasserstoff-Anteil von 75 Vol-% aufweist. Das jeweilige warmgewalzte Stahlband durchläuft zunächst die Aufheizsektion 7, in der es auf die Curietemperatur von 700 °C mittels der beiden Längsfeld-Induktoren 8, 9 aufgeheizt wird. Oberhalb der Curietemperatur verliert das Stahlband typischerweise die paramagnetischen Eigenschaften und wird daher bis zum Erreichen der jeweiligen Glühtemperatur von 1120 °C (kornorientiertes Elektroband 48) bzw. der Glühtemperatur von 1050 °C (nicht-kornorientiertes Elektroband 49) mittels der beiden Querfeld- Induktoren 10, 11 aufgeheizt.

Anschließend durchläuft das jeweilige auf die Glühtemperatur erhitzte Stahlband 3 die Haltesektion 22, in der es entsprechend einem spezifischen Wärmebehandlungsprofil geglüht wird. Wie anhand der Figur 3 erkennbar ist, wird das kornorientierte Elektroband 48 in der ersten Haltesektionsstufe 23 auf eine Temperatur von 900 °C langsam abgekühlt, bevor es sodann die zweite und dritte Haltesektionsstufe 24, 25 bei 900 °C durchläuft. Das nicht-kornorientierte Elektroband 49 hingegen durchläuft zunächst die beiden Haltesektionsstufen 23, 24 bei der zuvor eingestellten Glühtemperatur von 1050 °C und wird erst in der dritten Haltesektionsstufe 25 auf eine Temperatur von 800 °C langsam abgekühlt.

Sodann durchläuft das jeweilige geglühte Stahlband 3 die Kühlsektion 28, in der es mittels des reduzierenden Schutzgases abgeschreckt wird. Das kornorientierte Elektroband 48 wird hierbei mit einer anfänglichen Abkühlrate von 40 K/s auf eine Temperatur von 420 °C und anschließend mit einer Abkühlrate von kleiner 20 K/s auf eine Austrittstemperatur von 130 °C abgekühlt. Das nicht-kornorientierte Elektroband 49 hingegen wird konstant mit einer Abkühlrate von 25 K/s auf eine Austrittstemperatur von 130 °C abgekühlt.

Figur 4 zeigt ein Wärmebehandlungstemperaturprofil für ein warmgewalztes Stahlband 3, welches im Weiteren zur Herstellung eines Edelstahlbandes 50 vorgesehen ist.

Das für die Herstellung des Edelstahlbandes 50 vorgesehene warmgewalzte Stahlband 3 einer austenitischen Güte AISI 300 weist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Breite von 1280 mm und eine Banddicke von 2600 pm auf und wird bei einer Bandgeschwindigkeit von 80 m/min einer oxidationsfreien Wärmebehandlung in einer Glüheinrichtung 1 unterzogen. Im Unterschied zur in Figur 1 gezeigten Glüheinrichtung 1 wird der Ofenraum 4 aus der Aufheizsektion 7 sowie der Kühlsektion 28 gebildet, wobei die Aufheizsektion 7 zudem nur eine Reihe von Querfeld-Induktoren 10, 11 aufweist. Das warmgewalzte und zuvor in der Vorbehandlungseinrichtung 38 gebeizte Stahlband 3 wird ebenfalls durch die Einlaufschleuse 5 in den Ofenraum 4 geführt, der eine reduzierende Schutzgasatmosphäre mit einem Wasserstoff-Anteil von 75 Vol-% aufweist. Das warmgewalzte Stahlband 3 durchläuft zunächst die Aufheizsektion 7, in der es auf die Glühtemperatur von 1050 °C mittels der Querfeld-Induktoren 10, 11 aufgeheizt wird. Anschließend durchläuft das sodann kurzzeitig geglühte Stahlband 3 die Kühlsektion 28, in der es mittels des reduzierenden Schutzgases bei einer konstanten Abkühlrate von 18 K/s auf eine Austrittstemperatur von 80 °C abgekühlt wird. Bezugszeichen

1 Glüheinrichtung I Glühofen

2 Behandlungslinie

3 warmgewalztes Stahlband / Warmband

4 Ofen raum

5 Eingangsschleuse

6 Ausgangsschleuse

7 Aufheizsektion

8 Induktor / Längsfeld-Induktor

9 Induktor / Längsfeld-Induktor

10 Induktor / Querfeld-Induktor

11 Induktor / Querfeld-Induktor

12 erste Stufe

13 zweite Stufe

14 Längsfeld-Induktorspule

15 Querfeld-Induktorspule

16 Stahlbanddurchführungsebene

17 Wärmedämmschicht

18 Wärmedämmschicht

19 gasdichte Umhüllung

20 Durchtrittsspalt

21 Rollenstand

22 Haltesektion

23 erste Haltesektionsstufe

24 zweite Haltesektionsstufe

25 dritte Haltesektionsstufe

26 Heizelemente

27 Kühlstrahlrohr

28 Kühlsektion

29 Kühleinrichtung

30 erste Kühlstufe

31 zweite Kühlstufe 32 Verteiler

33 Verteiler

34 Gebläseeinrichtung / Ventilator

35 Gebläseeinrichtung / Ventilator

36 Wärmetauscher

37 Wärmetauscher

38 Vorbehandlungseinrichtung

39 erste Haspeleinrichtung

40 Warm bandcoil

41 erste Trenneinrichtung

42 Schweißeinrichtung

43 Besäumeinrichtung

44 Einlaufspeicher

45 Auslaufspeicher

46 zweite Trenneinrichtung

47 zweite Haspeleinrichtung

48 Glühbehandlung kornorientiertes Elektroband

49 Glühbehandlung nicht-kornorientiertes Elektroband

50 Glühbehandlung Edelstahlband

100 Schutzgas-Zuführung

Claims

Patentansprüche

1. Glüheinrichtung (1), insbesondere ein Glühofen, zur oxidationsfreien Wärmebehandlung eines warmgewalzten Stahlbandes (3), vorzugsweise zur Verwendung in einer Behandlungslinie (2) zum kontinuierlichen Beizen und oxidationsfreien Glühen eines warmgewalzten Stahlbandes (3), welches zur Herstellung von Elektroband und/oder von Edelstahlband vorgesehen ist, umfassend einen hermetisch abgedichteten Ofenraum (4), der eine Aufheizsektion (7), ggf. eine sich an die Aufheizsektion (7) anschließende Haltesektion (22), sowie eine an die Aufheizsektion (7), ggf. eine an die Haltesektion (22), anschließende Kühlsektion (28) aufweist, wobei die Aufheizsektion (7) eine Vielzahl von hintereinander geschalteten Induktoren (8, 9, 10, 11) aufweist, und die Kühlsektion (28) eine Kühleinrichtung (29) umfasst, über die ein reduzierendes Schutzgas zum Kühlen des warmgewalzten Stahlbandes (3) in die Kühlsektion (28) einbringbar ist.

2. Glüheinrichtung (1) nach Anspruch 1 , wobei die Kühleinrichtung (29) zumindest eine Düse umfasst, über die das reduzierende Schutzgas auf das Stahlband (3) blasbar ist.

3. Glüheinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kühleinrichtung (29) zumindest eine Gebläseeinrichtung (34, 35) umfasst, über die das reduzierende Schutzgas vorzugsweise der zumindest einen Düse zuführbar ist.

4. Glüheinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kühleinrichtung (29) zumindest einen Wärmetauscher (36, 37) umfasst, über den das in die Kühlsektion (28) eingeblasene reduzierende Schutzgas kühlbar ist.

5. Glüheinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, wobei die Kühleinrichtung (29) ein Kreislaufsystem aufweist, in welchem die zumindest eine Düse, die zumindest eine Gebläseeinrichtung (34, 35) sowie der zumindest eine Wärmetauscher (36, 37) miteinander verschaltet sind, vorzugsweise derart, dass das reduzierende Schutzgas über die zumindest eine Gebläseeinrichtung (34 ,35) sowie die zumindest eine Düse in die Kühlsektion (28), besonders bevorzugt auf das Stahlband (3), eingeblasen und über die zumindest eine Gebläseeinrichtung (34, 35) wieder abgesaugt und mittels des zumindest einen Wärmetauschers (36, 37) gekühlt wird. Glüheinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aufheizsektion (7) eine erste Stufe (12) mit einer Vielzahl von hintereinander geschalteten Längsfeld-Induktoren (8, 9), und eine zweite Stufe (13) mit einer Vielzahl von hintereinander geschalteten Querfeld-Induktoren (10, 11) aufweist. Glüheinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aufheizsektion (7) einen Durchtrittsspalt (20) für das Stahlband (3) aufweist, der durch eine Wärmedämmschicht (17, 18) begrenzt ist. Glüheinrichtung (1) nach Anspruch 7, wobei der Durchtrittsspalt (20) eine vertikale Erstreckung von < 300 mm, vorzugsweise < 250 mm aufweist. Behandlungslinie (2) zum kontinuierlichen Beizen und oxidationsfreien Glühen eines warmgewalzten Stahlbandes (3), welches zur Herstellung von Elektroband und/oder von Edelstahlband vorgesehen ist, umfassend eine Vorbehandlungseinrichtung (38), in der das warmgewalzte Stahlband (3) gebeizt werden kann, sowie eine in Bandlaufrichtung dahinter angeordnete Glüheinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Verfahren zum kontinuierlichen Beizen und oxidationsfreien Glühen eines warmgewalzten Stahlbandes (3), welches zur Herstellung von Elektroband und/oder von Edelstahlband vorgesehen ist, wobei das warmgewalzte Stahlband (3), ggf. nach einem Abwickelschritt, zunächst einer Vorbehandlungseinrichtung (38) zugeführt und in dieser gebeizt wird; und anschließend als gebeiztes Stahlband (3) einer Glüheinrichtung (1) zugeführt und in dieser unter einer reduzierenden Schutzgasatmosphäre zunächst induktiv über eine Vielzahl von hintereinander geschalteten Induktoren (8, 9, 10, 11) auf eine Glühtemperatur aufgeheizt, sodann geglüht und anschließend unter Einsatz eines reduzierenden Schutzgases abgeschreckt und/oder abgekühlt wird. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das gebeizte Stahlband (3) zunächst in einer Aufheizsektion (7) der Glüheinrichtung (1) auf eine Glühtemperatur von mindestens 800 °C mit einer Aufheizrate von mindestens 20 K/s erwärmt wird. Verfahren nach Anspruch 11 , wobei das gebeizte Stahlband (3) in einer sich an die Aufheizsektion (7) anschließenden Haltesektion (22) der Glüheinrichtung (1) bei einer Temperatur im Bereich von 800 - 1200 °C für mindestens 60 s geglüht wird. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei das geglühte Stahlband (3) in einer sich an die Aufheizsektion (7), ggf. in einer sich an die Haltesektion (22), anschließenden Kühlsektion (28) der Glüheinrichtung (1) mit einer anfänglichen Abkühlrate von mindestens 15 K/s gekühlt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 13, wobei das gebeizte Stahlband (3) in der Aufheizsektion (7) über zwei Stufen (12, 13) aufgeheizt wird, vorzugsweise indem das gebeizte Stahlband (3) zunächst in einer ersten Stufe (12) auf eine Temperatur von mindestens 650 °C und anschließend in einer zweiten Stufe (13) auf die Glühtemperatur von mindestens 800 °C erwärmt wird. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das gebeizte Stahlband (3) in der ersten Stufe (12) über eine Vielzahl von hintereinander geschalteten Längsfeld-Induktoren (8, 9) und in der zweiten Stufe (13) über eine Vielzahl von hintereinander geschalteten Querfeld-Induktoren (10, 11) erwärmt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 15, wobei das geglühte Stahlband (3) in der Kühlsektion (28) der Glüheinrichtung (1) mittels einer Kühleinrichtung (29) gekühlt wird, indem über diese das reduzierende Schutzgas auf das geglühte Stahlband (3) geblasen, und das reduzierende Schutzgas über eine Gebläseeinrichtung (34, 35) aus der Kühlsektion (28) abgesaugt und ggf. über einen Wärmetauscher (36, 37) gekühlt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 16, wobei das reduzierende Schutzgas ein wasserstoffreiches Gas ist, welches vorzugsweise einen Wasserstoff-Anteil von mindestens 30 Vol-%, bevorzugt einen Wasserstoff-Anteil von mindestens 50 Vol-%, mehr bevorzugt einen Wasserstoff-Anteil von mindestens 75 Vol-%, aufweist.