DE3105064C2 - Verfahren zur Wärmebehandlung von zu Bunden (Coils) aufgehaspeltem Metallband - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Wärmebehandeln von zu Bunden (Coils) aufgehaspeltem Metallband, insbesondere kornorientiertem Si-Stahlband. Für die Wärmebehandlung werden ein oder mehrere Bunde auf einen verfahrbaren Untersatz plaziert und von einer gegenüber der umgebenden Atmosphäre abgeschlossenen und mit Schutzgas gefüllten Haube eingeschlossen. Um das oder die Bunde nach einer vorgegebenen Temperaturkurve zu erwärmen und abzukühlen, wird der Untersatz durch verschiedene Temperaturzonen eines Tunnelofens gefahren. Vor dem Einfahren des Untersatzes in den Tunnelofen wird der von der Schutzhaube abgeschlossene Glühraum mit Schutzgas gespült. Während des Verfahrens durch den Tunnelofen bleibt der Glühraum an einer Schutzgasquelle angeschlossen, um entsprechend der Temperaturführung die gewünschte Zusammensetzung der Schutzgasatmosphäre einstellen zu können.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wärmebehandeln von zu Bunden (Coils) aufgehaspeltem Metallband, insbesondere kornorientiertem Si-Stahlband, bei dem das bzw. die Bunde unter einer gegenüber der umgebenden Atmosphäre abgeschlossenen und mit Schutzgas gefüllten Schutzhaube nach einer vorgegebenen Temperaturkurve erwärmt und wieder abgekühlt wird, wobei die Schutzgasatmosphäre unter der Schutzhaube in Abhängigkeit von der Temperaturkurve eingestellt wird.

Zur Rekristallisation von kornorientiertem Si-Stahlband ist es bekannt, das zu Coils aufgehaspelte Band in einem Haubenofen nach einer vorgegebenen Temperaturkurve und unter Schutzgas zu glühen. Dabei wird die eigentliche Wärmebehandlung in einer Wasserstoff atmosphäre durchgeführt, die während der Aufheizphase und insbesondere während des Glühprozesses bis auf eine Temperatur von ca. 1200⁰C gebracht wird. Um diese Hochtemperaturglühung in einer Wasserstoffat mosphäre zu ermöglichen, muß nach dem Einsetzen von einem oder mehreren Coils in den Haubenofen die gegenüber der Außenatmosphäre abgeschlossene Kammer des Ofens zunächst mit einem Schutzgas gespült werden, um die sauerstoffhaltige Luft zu entfernen. Als Schutzgas wird z. B. Stickstoff benutzt Anschließend wird der Kammer des Haubenofens Wasserstoff zugeführt und mit dem Aufheizen der Ofenatmosphäre begonnen. Alternativ kann mit dem Aufheizen auch so lange gewartet werden, bis der Stickstoff nahezu vollständig durch den laufend zugeführten Wasserstoff ersetzt worden ist Im Anschluß an die Aufheizphase in einer Stickstoff-Wasserstoffatmosphäre bzw. in einer nahezu bereits reiner?. Wasserstoffatmosphäre werden die Coils in einer reinen Wasserstoffatmosphäre bei einer Temperatur von ca. 1200⁰C geglüht Ist der eigentliche Glühprozeß nach einer gewissen Zeit beendet erfolgt anschließend die Abkühlung der Coils zunächst in einer Wasserstoffatmosphäre und nachdem die Temperatur auf einen vorgegebenen Wert abgesun ken ist, in einer Atmosphäre, die aus einem Stickstoff- Wasserstoff-Gemisch bestehen kann. Von Bedeutung ist daß bei dieser Hochtemperaturglühung von kornorientiertem Si-Stahlband die Schutzgasatmosphäre bezüglich ihrer Zusammensetzung in Abhängigkeit von der Temperatur variiert werden und dementsprechend einstellbar sein muß.

Der Nachteil dieses in einem Haubenofen durchgeführten Wärmebehandlungsverfahrens besteht im wesentlichen darin, daß bei mehreren hintereinander durchgeführten Glühzyklen der Haubenofen selbst jedesmal aufgeheizt, abgekühlt, wieder aufgeheizt und erneut abgekühlt wird. Dadurch geht ein hoher Anteil der Energie, die für dieses in einem Haubenofen durchgeführte Wärmebehandlungsverfahren benötigt wird, ungenutzt verloren.

Das Glühen unter einer mit Schutzgas gefüllten Haube ist seit vielen Jahrzehnten bekannt (US-PS 8 02 517 vom 30. April 1904). Bis auf den heutigen Tag wird dieses Verfahren angewandt Der Grund dafür Hegt darin, daß bei diesem Verfahren die für die Qualität des wärmezubehandelnden Produktes maßgebenden Bedingungen (Temperaturkurve, Schutzgasatmosphäre) genau eingehalten werden können. Aber auch schon lange war bekannt, daß ein Nachteil der Wärmebehand lung unter einer Schutzhaube darin besteht daß vor allem bei mehreren hintereinander durchgeführten Glühzyklen (Aufheizen, Abkühlen, ÄuPneiüen, Abkühlen) ein hoher Anteil der benötigten Energie ungenutzt verloren geht

Zur Einsparung von Energie für den Glühprozeß wird deshalb seit Jahrzehnten vorgeschlagen, die Wärmebehandlung nicht in einem Haubenglühofen, sondern in einem Tunnelofen durchzuführen (US-PS 8 02 517).

Diese Vorschläge zur Energieejnsporung werden auch heute noch in unveränderter Form gemacht (DE-AS 26 58 549; DE-OS 2916 151), Nach einem dieser jüngeren Vorschläge (DE-OS 2916 151) weist der verwendete Tunnelofen an seinen gegenüberliegenden Enden eine eingangsseitige und eine ausgangsseitige Schleuse auf. Die beiden Schleusen sind mit Innentüren zum Abschließen gegenüber der Atmosphäre im Tunnelofen und mit Außentüren zum Abschließen gegenüber der Außenatmosphäre versehen. Durch wechselseitiges offnen der Außen- und Innentüren wird verhindert, daß die Ofenatmosphäre unmittelbar mit der Außenatmosphäre verbunden wird. Zwar tritt auch in diesem Fall eine Verfälschung der eingestellten Ofenatmosphäre ein, die sich nachteilig auf die Glühbehandlung der im Tunnelofen bereits befindlichen Bunde auswirkt, doch ist diese im Vergleich zu Tunnelofen mit einer einzigen eingangsseitigen und einer einzigen ausgangsseitigen Tür gering. Gleichwohl ist die für die auf eine hohe Qualität des wärmezubehan delnden Gutes abzielende Wärmebehandlung erforderliche genaue Einstellung der Schutzgasatmosphäre in den beiden Schleusen und insbesondere in dem Tunnelofen selbst schwierig und darüber hinaus sehr zeitraubend. So muß beispielsweise bei jedem Einfahren der Bunde in den Tunnelofen bzw. bei jedem Ausfahren der Bunde aus dem Tunnelofen, d. h. bei jedem öffnen und wieder Schließen der Außen- und Innentüren die Schutzgasatmosphäre nicht nur in dem Tunnelofen selbst, sondern auch in den beiden Schleusen neu eingestellt werden. Dies ist nicht nur zeitraubend, sondern es geht auch Energie dadurch verloren, daß die durch neu zugeführtes Schutzgas erneuerte oder veränderte Ofenatmosphäre erneut erwärmt und wieder auf die ursprüngliche Temperatur gebracht werden muß.

Aus diesen Gründen haben sich auch die Vorschläge, zur Wärmebehandlung von Bunden Tunnelofen zu verwenden, in der Praxis nicht durchsetzen können. Für die Wärmebehandlung qualitativ hochwertiger Metallbänder wird deshalb der Wärmebehandlung der Bänder in einem Haubenglühofen auch heute noch der Vorzug gegeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine optimale Wärmebehandlung der Coils nach einer vorgegebenen Temperaturkurve und unter einer in Abhängigkeit von dieser Temperaturkurve einstellbaren Schutzgasatmosphäre mit einem geringeren Energiebedarf ermöglicht

Diese Aufgabe wird erfmdungsgemäß dadurch gelöst, daß jedes Bund mit der es umgebenden Haube auf einen fahrbaren Untersatz plazier' wird, auf dem es durch verschiedene Zonen eines Tunnelofens gefahren wird, und daß der von der Haube gebildete Glühraum vor dem Einfahren des Bundes in den Tunnelofen gespült und mit Schutzgas gefüllt wird.

Wie bei der stationären Wärmebehandlung eines Bundes in einem Haubenglühofen wird beim erfindungsgemäßen Verfahren während der gesamten Wärmebehandlung die Schutzgasatmosphäre entsprechend dem Verlauf der Temperaturkurve variiert Diese Schutzgasatmosphäre kann exakt eingehalten werden, da die Haube während der Wärmebehandlung verschlossen bleibt. Der Energiebedarf ist geringer als bei der individuellen Aufheizung und Abkühlung eines stationär betriebenen Haubenof.ns. Die Temperaturen in den einzelnen Zonen des Tunnelofens können nämlich unverändert gehalten werden. Allein die unterschiedlichen Temperaturen der einzelnen Zonen in Verbindung mit dem Transport des von der Haube umschlossenen Bundes durch die verschiedenen Temperaturzonen bewirkt, daß das Bund in der gewünschten Weise wärmebehandelt wird. Da die Bunde durch die Haube und den Untersatz gegenüber der Ofenatmosphäre abgeschlossen sind, ist eine Veränderung der üblicherweise auch unter Schutzgas gehaltenen Atmosphäre des

ίο Tunnelofens beim Ein- oder Ausfahren der Bunde in den Tunnelofen und aus dem Tunnelofen für die Wärmebehandlung der Bunde unkritisch. Das Verfahren ermöglicht die individuelle Einstellung der Schutzgasatmosphäre in den einzelnen Glühräumen, unter Berücksichtigung der Temperaturkurve und des zu glühenden Materials. Dem Tunnelofen kommt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nur noch die Bedeutung der Temperaturführung zu.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht aus einer beheizbaren Schutzhaube, die für ein Bund au^p aufgehaspeltem Metallband einen nach außen abgeschlossenen und über einen Schutzgasanschluß mit Schutzgas füllbaren Glühraum bildet, dessen Schutzgasatmosphäre in Abhängigkeit von der für das Glühen geforderten Temperaturkurve während des Glühens einstellbar ist, und ist dadurch gekennzeichnet, daß für das bzw. die Bunde und die ihn umgebende Haube ein fahrbarer Untersatz vorgesehen ist, mit dem Bund und Haube

3U durch die Zonen eines Tunnelofens transportierbar sind, und daß der Schutzgasanschluß des Glühraums am Eingang des Tunnelofens an einer Zufuhrleitung für das Schutzgas und am Ausgang des Tunnelofens von dieser Zufuhrleitung abkuppelbar ist, die während des Transportes des Untersatzes mit dem Bund und der Haube durch den Tunnelofen mit dem Glühraum verbunden bleibt

Der Vorteil einer solchen Vorrichtung besteht im wesentlichen darin, daß die Bunde in jeder Zone des Tunnelofens mit einer ganz bestimmten, bezüglich ihrer Zusammensetzung vorgegebenen Schutzatmosphäre beaufschlagt werden können. Dabei kann die Schutzgasatmosphäre von Ofenzone zu Ofenzone verändert werden. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß der

■4; Tunnelofen direkt beheizbar ist, weil die Rauch- und Flammengase der Beheizung nicht in Berührung mit den Bunden kommen können.

Nach einer ersten Ausgestaltung der Vorrichtung ist die Zufuhrleitung flexibel, wobei sie nach Art eines

~>o Kabelschlepps geführt ist

Nach einer weiteren Ausgestaltung bilden eine oder mehrere Ofenzonen ei.ie Kammer. Die derart hintereinander liegenden Kammern können durch Türen, Schieber oder dergleichen voneinander abtrennbar sein.

Dieoe unterteilung des Tunnelofens ermöglicht eine kompakte Bauweise und einen bezüglich des Energiebedarfs besonders wirtschaftlichen Betrieb.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Vorrichtung näher erläutert Im einzelnen zeigt

F i g. 1 eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Bunden Unter Verwendung von Schutzhauben und eines Tunnelofens in schematischer Darstellung in Seitenansicht,

F i g. 2 die Vorrichtung gemäß F i g. 1 im Querschnitt im Bereich des Tu inelofens und in zu F i g. 1 vergrößerter Darstellung,

F i g. 3 die Vorrichtung gemäß F i E. 1 im Querschnitt

im Bereich der sich an den Tunnelofen anschließenden Kühlkammer in vergrößerter Darstellung.

Die Vorrichtung besteht aus einem Tunnelofen ;l. einer sich daran anschließenden tunnelartigen Kühllstrecke 2, aus durch den Tunnelofen 1 und die Kühlstrecke 2 fahrbaren Untersätzen in Form von Herdwagen 3 sowie von den Herdwagen 3 getragenen Schutzhauben 4 zur Aufnahme eines oder mehrerer Bunde 5 aus aufgehaspeltem Metallband. Der Tunnelofen 1 und die tunnelartige Kühlstrecke 2 sind unterseitig offen und werden von einer Stahlkonstruktion 6 über einer Grube 7 getragen. Der Tunnelofen I ist in drei Kammern, und zwar in eine Aufheizkammer H, eine Aufheiz- und Haltekammer 9 und eine Kühlkammer 10 unterteilt. Die einzelnen Kammern sind voneinander sowie nach außen und zur anschließenden Kühlstrecke durch anhebbare Türen 11-14 voneinander getrennt. Die Kühlstrecke 2 ist ausgangsseitig durch eine ebenfalls anhebbare Tür 15 verschlossen. Die kühlstrecke 2 kann durch anhebbare Türen in mehrere Abschnitte unterteilt sein, so daß eine kontrollierte, individuelle Abkühlung in den einzelnen Abschnitten möglich ist. Zur direkten Beheizung der Aufheizkammer 8 und der Aufheiz- und Haltekammer 9 sind Deckenbrenner 16 und Seitenwandbrenner 17 vorgesehen. Zur Kühlung der Kühlstrecke 2 sind mit Kühlwasser gespeiste Rohrleitungen 18 vorgesehen.

Die Herdwagen 3 weisen zum Plazieren der Bunde 5 eine Plattform 19 auf, deren Breite der lichten Weite des Tunnelofens 1 und der tunnelartigen Kühlstrecke 2 und deren Länge der Länge einer Kammer 8, 9, 1:0 entspricht Die so ausgebildete Plattform 19 bildet für den Tunnelofen 1 und die tunnelartige Kühlstrecke 2 einen mobilen Boden. Zu diesem Zweck sind die Seitenränder der Plattform 19 und die benachbarten Bereiche der Seitenwände des Tunnelofens und der Kühlstrecke profiliert, so daß sie gemeinsam eine Labyrinthdichtung 20 bilden. Zur zusätzlichen Abdichtung kann die Plattform 19 an jedem Seitenrand ein Schwert 21 tragen, das in eine von der zugehörigen Seitenwand getragene Sandtasse 22 eintaucht.

Die Herdwagen 3 laufen auf von einer Stützkonstruktion 23 getragenen Schienen 24, die vor dem Eingang des Tunnelofens 1 beginnen und hinter dem Ausgang der Kühlstrecke 2 enden. Zum Anschieben des Herdwagens 3 in den Tunnelofen ist eine hier nicht näher interessierende Vorschubvorrichtung 25 vorgesehen. Da bei laufendem Betrieb die einzelnen Herdwagen 3 stirnseitig aneinanderstoßen, wird durch die Vorschubeinrichtung 25 beim Einschieben eines neuer, Herdwagens 3 in den Tunnelofen die gesamte Wagenreihe der im Tunnelofen 1 und in der Kühlstrecke 2 befindlichen Herdwagen vorgeschoben. An die Enden der Schienen 24 schließt sich eine Transportstrecke 26 mit einem :ni den Schienen 24 querverfahrbaren Wagen 27 an. Mit diesem Wagen 27 werden die entladenen Herdwagen 3 in Querrichtung transportiert und mittels einer nicht dargestellten Transportvorrichtung seitlich neben der Kühlstrecke 2 und dem Tunnelofen 1 zurück auf einen anderen Wagen 28 einer zweiten Transportstrecke gebracht Der Wagen 28 bringt den Herdwagen 3 bis zum Anfang der Schienen 24. Hier steht er für eine erneute Beladung mit Bunden 5 zur Verfugung.

Jeder Herdwagen 3 kann vier Bunde 5 in quadratischer Anordnung aufnehmen. Die Bunde 5 ruhen auf Stelzen 30 und werden mit Abstand von den Schutzhauben 4 umschlossen. Der untere Rand der Schutzhauben 4 taucht in Sandtassen 31 ein, so daß sine gute Abdichtung gegeben ist. Die Plattform 19 eines jeden Herdwagens 3 weist mindestens einen Anschluß 32 für die Zufuhr von Spül- oder Schutzgas auf. Dieser Anschluß ist über in der Plattform verlegne, in der

Zeichnung aber nicht dargestellte Leitungen mit den von den Schutzhauben 4 gebildeten Glühräumen 33 verbunden. In der Position vor dem Eingang des Tunnelofens 1 kann der Anschluß 32 an nicht dargestellte stationäre Anschlußleitungen für die

ίο Zuführung eines Spülgases und gegebenenfalls eines Schutzgases angeschlossen werden. Spätestens in der Aufheizkammer 8 ist der Anschluß 32 jedoch an eine flexible, mitführbart Leitung 34 anzuschließen, die während des gesamten Transportes durch den Tunnel-

ii ofen 1 und gegebenenfalls auch in der Kühlstrecke 2 angeschlossen bleibt. Die Leitung 34 ist nach Art einer Energieführungskette ausgebildet, die auch als Schlauch-Kabelschlepp bekannt ist. Neben der Leitung für die Zufuhr von Schutzgas kann die Kette auch andere Leitungen, z. B. Meüieiimigen uiiü anderes mehr führen. Nach beendeter Behandlung in der Kühlkammer 10 kann die Leitung 34 am Ausgang des Tunnelofens 1 oder am Eingang der Kühlstrecke 2 wieder abgekuppelt werden.

In der Kühlstrecke 2 können die Glühräume über andere, nicht dargestellte Schutzgasleitungen mit Schutzgas zur Einstellung einer bestimmten Atmosphäre versorgt werden.

Mit einer solchen Vorrichtung wird das erfindungsgemäße Verfahren auf folgende Art und Weise durchgeführt. Vor dem Eingang des Tunnelofens 1 werden unter Verwendung von Stelzen 30 vitr Bunde 5 auf der Plattform 19 eines Herdwagens 3 aufgestellt und mit Schutzhauben 4 nach außen verschlossen. Jetzt wird der

von den Schutzhauben 4 und der Plattform 19 gebildete, nach außen abgeschlossene Glühraum 33 mit Spülgas gespült und mit Schutzgas gefüllt. Da die Bunde 5 auf Stelzen 30 angeordnet sind, läßt sich die Spülung und die Füllung mit Schutzgas gut durchführen. Darüber hinaus

hat die Anordnung der Bunde auf Stelzen den Vorteil, daß die Bunde von den Stirnseiten her gleichmäßig erwärmt werden können. Die auf diese Art und Weise außerhalb des Tunnelofens 1 vorbereiteten Bunde gelangen dann in die erste Kammer, und zwar die

Aufheizkamrr.er 8 des Tunnelofens 1. Über die bereits vorher oder erst jetzt angeschlossene flexible Zufuhrleitung 34 wird Schutzgas (z. B. N² oder H₂) eingeleitet Die Zusammensetzung der Schutzgasatmosphäre richtet sich nach der über nicht dargestellte Meßeinrichtungen

w festgestellten Temperatur des Bundes. Da die flexible Zufuhrleitung 34 während des gesamten Transportes des Herdwagens 3 durch den Tunnelofen 1 und gegebenenfalls die Kühlstrecke 2 angeschlossen bleibt, ist es möglich, die erforderliche Schutzgasatmosphäre den Glühbedingungen anzupassen.

Auf diese Art und Weise ist eine kontinuierliche Wärmebehandlung von Bunden unter Schutzgasatmosphäre möglich, wobei die Schutzgasatmosphäre während der Wärmebehandlung in Abhängigkeit von der

so Temperaturkurve individuell variiert werden kann, so daß optimale Ergebnisse in der Wärmebehandlung der Bunde erzielt werden. Da es nicht erforderlich ist, die Kammern wechselweise aufzuheizen und abzukühlen, um einen bestimmten Zyklus m der Wärmebehandlung

der Bunde zu erhalten, sondern der Zyklus in der Wärmebehandlung dadurch erreicht wird, daß die Bunde verschiedene Temperaturzonen jeweils konstanter Temperatur durchlaufen, ergibt sich die zyklische

Erwärmung und Abkühlung der Bunde vmi selbst. Eine Veränderung der Ofenatmosphäre durch cios öffnen und Schließen der Ofentüren ist unkritisch, da die Bunde mit der Ofenatmosphäre nicht unmittelbar in Berührung treten können.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Wärmebehandeln von metallischem Gut, das unter einer gegenüber der umgebenden Atmosphäre abgeschlossenen und während der Wärmebehandlung mit verschiedenem Schutzgas fällbaren Schutzhaube durch einen Tunnelofen transportiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß für die Wärmebehandlung von zu Bunden aufgehaspeltem Metallband, insbesondere kornorientiertem Si-Stahlband, der von der Schutzhaube gebildete Glühraum vor der Erwärmung gespült und mit Schutzgas gefüllt wird, und daß die Erwärmung und Abkühlung nach einer vorgegebenen Temperaüirkurve und die Einstellung der Schutzgasatmosphäre nach dieser Temperaturkurve erfolgt

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem verschiedene Heizzonen aufweisenden Tunnelofen mit mindestens einem darin verfahrbaren Untersatz, auf dem eine Schutzhaube plazierbar ist, die für das Glühgut einen nach außen abgeschlossenen und über einen Schutzgasanschluß mit verschiedenem Schutzgas in den einzelnen Zonen füllbaren Glühraum bildet, dadurch gekennzeichnet, daß dpr Anschluß (32) für das Schutzgas am Eingang des Tunnelofens (1) an eine Zufuhrleitung (34) ankuppelbar und am Ausgang des Tunnelofens (1) von dieser Zufuhrleitung (34) abkuppelbar ist, die während des Transportes d^s Untersatzes (3) durch den Tunnelofen (1) mit dem Glühraum (3*) verbunden bleibt, wobei die Zufuhr des Schutzgases zur Einstellung der Atmosphäre des Glühraums (33) entsprechend der Temperaturführung im Glühraum (33) gesteuert wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrleitung (34) flexibel ist und nach Art eines Kabelschlepps geführt ist

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Ofenzonen eine Kammer (8,9,10) bilden und die so gebildeten, hintereinander angeordneten Kammern (8—10) durch Türen (12,13) voneinander abtrennbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tunnelofen (1) in mindestens eine Aufheiz-, Halte- und Abkühlkammer (8, 9, 10) unterteilt ist und ihm eine weitere durch eine Tür (14) abtrennbare Kühlstrecke (2) unmittelbar nachgeordnet ist

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet daß zum Zwecke einer kontrollierten Abkühlung des bzw. der Bunde die Kühlstrecke (2) in mehrere Abschnitte unterteilt ist

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Tunnelofen (1) als direkte Beheizung mit Brennstoff beschickbare Brenner (16,17).angeordnet sind.