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DE10123782A1 - Verfahren und Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Metallsträngen, insbesondere von Stahlband - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Metallsträngen, insbesondere von Stahlband

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DE10123782A1
DE10123782A1 DE10123782A DE10123782A DE10123782A1 DE 10123782 A1 DE10123782 A1 DE 10123782A1 DE 10123782 A DE10123782 A DE 10123782A DE 10123782 A DE10123782 A DE 10123782A DE 10123782 A1 DE10123782 A1 DE 10123782A1
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DE
Germany
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metal
strand
metal strand
flux concentrator
high temperature
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DE10123782A
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Werner Bechem
Walter Trakowski
Rolf Brisberger
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SMS Siemag AG
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SMS Demag AG
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Publication date
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    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B6/02Induction heating
    • H05B6/10Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/101Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications for local heating of metal pieces
    • H05B6/103Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications for local heating of metal pieces multiple metal pieces successively being moved close to the inductor
    • H05B6/104Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications for local heating of metal pieces multiple metal pieces successively being moved close to the inductor metal pieces being elongated like wires or bands
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/14Removing excess of molten coatings; Controlling or regulating the coating thickness
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Abstract

Ein Verfahren zum thermischen Behandeln von Metallsträngen, insbesondere von Stahlband (1), bei dem der in Bewegung befindliche, mit der der vorgegebenen Produktionsmenge entsprechenden Geschwindigkeit bewegte Metallstrang unter Anstreben von hohen Temperaturgradienten erwärmt wird, kann für die Wärmebehandlung von Metallbändern (1) erforderliche Wärmemenge bei schnelllaufenden Metallsträngen in kurzer Zeit zur Verfügung stellen, in dem durch Anwendung eines Flux-Konzentrators (5) am mit hoher Geschwindigkeit bewegten Metallstrang die Metallstrang-Temperatur im Millisekunden- bis Sekunden-Bereich durch induktives Aufheizen eingestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Metallsträngen, insbesondere von Stahlband, bei dem der in Bewegung befindliche, mit der der vorgegebenen Produktionsmenge entsprechenden Geschwindigkeit bewegte Metallstrang unter Anstreben von hohen Temperaturgradienten erwärmt wird.
Neben den bekannten Verfahren zum Beschichten von Metallband, bei denen eine elektromotorische Kraft zum Zurückhalten des flüssigen Überzugsmaterials am Ausgang eines Beschichtungsbehälters hervorgerufen wird, durch den das Metallband eingeführt wird, sind keine Verfahren bekannt, bei denen dem Metallband Wärme für anderweitige Prozesse bei schnelllaufendem Metallband zugeführt werden kann.
Bei der Wärmebehandlung von Metallbändern zu unterschiedlichen Anwendungen müssen aus Gründen der Metallurgie und der Produktivität in kurzer Zeit hohe Temperaturen erreicht werden. Dabei könnte die Bandgeschwindigkeit verlangsamt werden, was sofort zu einer unerwünschten geringeren Produktionsmenge führen würde. Die verwendeten induktiven Banderwärmungen basieren auf einer Längs- oder Querfelderwärmung, wobei die Dimensionen der Magnetspulen eine Funktion der Bandausmaße, der verwendeten Frequenzen der Wechselfelder und der möglichen Kraftfelddichten in den Magnetspulen in Abhängigkeit der verwendeten Frequenzen sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die für die Wärmebehandlung von Metallbändern erforderliche Wärmemenge bei schnelllaufenden Metallsträngen in kurzer Zeit zur Verfügung zu stellen und zu übertragen.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass durch Anwendung eines Flux-Konzentrators am mit hoher Geschwindigkeit bewegten Metallstrang die Metallstrang-Temperatur im Millisekunden bis Sekunden-Bereich durch induktives Aufheizen eingestellt wird. Die Anwendung eines Flux-Konzentrators führt zu einer deutlichen Erhöhung der magnetischen Kraftfelddichte in den Prozessen der Band­ erwärmung. Es handelt sich um einen vorteilhaften Prozess der induktiven Querfeld- Erwärmung.
Das Verfahren ist weiterhin günstig auf Prozesse der Metallgefüge-Umwandlung nach mechanischen Behandlungen anzuwenden. Hier ist ebenfalls ausreichend Wärme in kurzer Zeit zu übertragen.
Eine andere Anwendung des Verfahrens dient zur Initiierung von Diffusions- und Legierungsvorgängen bei metallischen Beschichtungen.
Ferner ist eine vorteilhafte Anwendung auf Trocknungs- und Einbrennvorgänge bei organischer Beschichtung von Metallsträngen möglich.
Eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Metallsträngen, insbesondere von Stahlband, das von einem Magnetfeld bei hoher magnetischer Feldstärke umgeben ist, löst die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass an jeder Metallstrang­ seite - bei Metallbändern zumindest an den beiden Flachseiten - parallel zur Ebene der Metallstrangseite verlaufende Induktionsspulen angeordnet sind, deren Hohlraum mittels eines Flux-Konzentrators ausgefüllt ist. Dadurch steht der Vektor der magne­ tischen Induktionsfeldstärke senkrecht auf der Bandoberfläche. Normalerweise werden durch die hohen Betriebsfrequenzen kernlose Luftspulen verwendet. Das daraus resultierende magnetische Streufeld ist jedoch nachteilig groß. Der Flux- Konzentrator wird in die Magnetspule zur induktiven Querfelderwärmung eingefügt und bewirkt, dass sich kein großes Streufeld bilden kann und sich die magnetische Feldstärke auf den Austritt aus den Polflächen des Flux-Konzentrators beschränkt. Die Felddichten sind somit sehr hoch und damit ist eine Banderwärmung auf kurzer Bandlänge möglich.
Nach einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Flux-Konzentrator aus amorphem ferromagnetischem Werkstoff hergestellt ist. Die Forderung des amorphen Werkstoffes ergibt sich aus den verwendeten hohen Frequenzen zur induktiven Banderwärmung. Der Umstand, der bei den klassischen Anlagen zur induktiven Banderwärmung zu meterhohen Spulen führte, wird durch den Flux- Konzentrator in einer Magnetspule vermieden, so dass jetzt eine deutlich geringere Spulenhöhe ausreicht.
Eine Weiterbildung besteht darin, dass der Flux-Konzentrator etwa bügelförmig gestaltet ist und an beiden Enden zur Metallstrangseite beabstandet parallele Stirnflächen aufweist. Dadurch kann die Ausrichtung zum Metallstrang leichter erfolgen.
Nach anderen Merkmalen der Vorrichtung ist vorgesehen, dass deren Anordnung in Türmen mit senkrechter Metallstrang-Führung und zwischen in Bandlaufrichtung in größeren Abständen angeordneten Führungsrollen-Paare vorteilhaft ist. Da sich die Magnetspulen im allgemeinen in Bereichen von Produktionsanlagen befinden, in denen das Metallband nach einer Beschichtung aus Gründen einer hochqualitativen Oberfläche für eine gewisse Zeit kein Bandkontakt mit Rollen haben darf, werden solche Anlagen in Türmen mit senkrechter Bandführung verwendet. Die Herstellungskosten für solche Türme sind durch die Anforderungen der Eigenstabilität sehr hoch. Hier wirken sich deutlich niedrigere Bauhöhen der Magnetspulen und damit deutlich reduzierte Herstellungskosten vorteilhaft aus.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, das nachstehend näher erläutert wird.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht der Vorrichtung mit Metallband und
Fig. 2 eine Vorderansicht gemäß Fig. 1.
Die Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Metallsträngen, insbesondere von Stahlband 1 weist an jeder Metallstrangseite 1a und 1b, bei Stahlband 1 an den Flachseiten 2, parallel zur Ebene 3 der Metallstrangseiten 1a, 1b verlaufende Induktionsspulen 4 auf, deren Hohlraum 4a mittels eines Flux-Konzentrators 5 ausgefüllt ist. Der Flux-Konzentrator 5 ist aus amorphem ferromagnetischem Werkstoff hergestellt. Wie ersichtlich ist der Flux-Konzentrator 5 etwa bügelförmig gestaltet und weist an beiden Enden 5a und 5b zur Metallstrangseite 1a und 1b hin jeweils beabstandet parallele Stirnflächen 5c auf.
Diese Vorrichtung kann in Türmen mit senkrechter Metallstrang-Führung und zwischen in Bandlaufrichtung 6 in größeren Abständen angeordneten Führungsrollen-Paaren verwendet werden.
Bezugszeichenliste
1
Stahlband
1
a Metallstrangseite
1
b Metallstrangseite
2
Flachseiten
3
Ebene
4
Induktionsspule
4
a Hohlraum
5
Flux-Konzentrator
5
a Ende
5
b Ende
5
c parallele Stirnfläche
6
Bandlaufrichtung

Claims (8)

1. Verfahren zum thermischen Behandeln von Metallsträngen, insbesondere von Stahlband, bei dem der in Bewegung befindliche, mit der der vorgegebenen Produktionsmenge entsprechenden Geschwindigkeit bewegte Metallstrang unter Anstreben von hohen Temperaturgradienten erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass durch Anwendung eines Flux-Konzentrators am mit hoher Geschwindigkeit bewegten Metallstrang die Metallstrang-Temperatur im Millisekunden- bis Sekunden-Bereich durch induktives Aufheizen eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch dessen Anwendung auf Prozesse der Metallgefüge-Umwandlung nach mechanischen Behandlungen.
3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch dessen Anwendung zur Initiierung von Diffusions- und Legierungsvorgängen bei metallischen Beschichtungen.
4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch dessen Anwendung auf Trocknungs- und Einbrennvorgänge bei organischer Beschichtung von Metallsträngen.
5. Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Metallsträngen, insbesondere von Stahlband, das von einem Magnetfeld bei hoher magnetischer Feldstärkedichte umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder Metallstrangseite (1a; 1b), bei Metallbändern (1) zumindest an den beiden Flachseiten (2) parallel zur Ebene (3) der Metallstrangseite (1a; 1b) verlaufende Induktionsspulen (4) angeordnet sind, deren Hohlraum (4a) mittels eines Flux-Konzentrators (5) ausgefüllt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Flux-Konzentrator (5) aus amorphem ferromagnetischem Werkstoff hergestellt ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Flux-Konzentrator (5) etwa bügelförmig gestaltet ist und an beiden Enden (5a; 5b) zur Metallstrangseite (1a; 1b) beabstandet parallele Stirnflächen (5c) aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch deren Anordnung in Türmen mit senkrechter Metallstrang-Führung und zwischen in Bandlaufrichtung (6) in größeren Abständen angeordneten Führungsrollen-Paaren.
DE10123782A 2001-05-16 2001-05-16 Verfahren und Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Metallsträngen, insbesondere von Stahlband Withdrawn DE10123782A1 (de)

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