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DE102016007845A1 - Verfahren zur Schroffkühlung von Stahlband während des Härte- und Vergüteprozesses im Durchlauf und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Schroffkühlung von Stahlband während des Härte- und Vergüteprozesses im Durchlauf und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

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DE102016007845A1
DE102016007845A1 DE102016007845.6A DE102016007845A DE102016007845A1 DE 102016007845 A1 DE102016007845 A1 DE 102016007845A1 DE 102016007845 A DE102016007845 A DE 102016007845A DE 102016007845 A1 DE102016007845 A1 DE 102016007845A1
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DE
Germany
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cooling
muffle
band
gas
molten metal
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102016007845.6A
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English (en)
Inventor
Thomas Berrenberg
Carl Kramer
Ralf Peiffer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
WSP GmbH
Original Assignee
WSP GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

Beim Schroffkühlen von zu härtendem und zu vergütendem Stahlband wird dieses Band vom Austenitisierungsofen durch die Schroffkühleinrichtung gerade und ohne Umlenkung geführt. Die Gasabschreckung sorgt neben einer blendenartigen Einrichtung vor der Schroffkühlung und einer Zusatzstrahlungsbeheizung im Übergang zwischen Austenitisierungsofen und Schroffkühlung zur Vermeidung einer Vorkühlung des Bandes und Kühlung entlang einer Geraden quer zum Bandlauf. Bei der Abkühlung mittels Metallschmelzebad wird der Metallschmelzepegel mittels Metallschmelzepumpen über den geraden und horizontalen Bandlauf angehoben. Ähnliche Einrichtungen wie für die Gas-Schroffkühlung beschrieben, sorgen für gleichmäßigen Kühlbeginn. Zur Reduzierung des Anhaftens der Metallschmelze an der Bandoberfläche kann ein Trennmittelstoff verwendet werden. In beide Fällen, der Schroffkühlung mit Gas und der Metallschmelzeschroffkühlung, kann durch Abkühlen des zuvor verwölbten Bandes die Bandplanität während der Abkühlung verbessert werden. Der Übergang vom Austenitisierungsofen ist durch einen Flansch großen Durchmessers, der sich auf Temperatur des Muffelofens befindet und auf der kalten Seite mit einem Zylinder großen Durchmessers verbunden ist, ausgeführt um Wärmespannungen zu vermeiden. Der Zylinder großen Durchmessers ist gasdicht an ein Zwischenstück zur Schroffkühlung angeflanscht, das nach Art eines Kompensators ausgeführt sein kann. Im Zwischenstück und dem Zylinder großen Durchmessers ist ein wärmeisolierter Stopfen eingeschoben, der mit dieser Elektrobeheizung für das Band ausgestattet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Obergriff von Anspruch 1 beschriebenen Gattung und eine Vorrichtung wie in Oberbegriff des unabhängigen Vorrichtungsanspruches Nr. 1 erläutert.
  • Stand der Technik:
  • Das in einer Durchlaufanlage zu behandelnde Stahlband wird in Bandbunden als Kaltwalzband angeliefert. Dieses Band wird mit Bandlaufeinrichtungen nach dem Stand der Technik einem unter reduzierender Schutzgasatmosphäre arbeitenden Durchlauf-Austenitisierungsofen zugeführt. In diesem Ofen wird das Band auf Austenitisierungstemperatur im Bereich von 1.000°C und höher erwärmt und anschließend mit einer Schroffkühleinrichtung derart schnell abgekühlt, dass die Abkühlung zu unterkühltem Austenit nur im Austenitbereich erfolgt und keine Umwandlung des Gefüges in Bainit oder andere Zwischengefüge stattfinden kann.
  • Für diese sehr rasche Abkühlung im Bereich von 100 K/s und mehr sind sehr hohe Wärmeübergangskoeffizienten erforderlich, die mit einer Prallstrahlgaskühlung nach dem Stand der Technik nur schwer zu erreichen sind. Um den Wärmeübergangskoeffizienten zu steigern, wird Schutzgas mit 75–85% Wasserstoff und 15–25% Stickstoff verwendet, da sich für diese Schutzgasmischung die höchsten konvektiven Wärmeübergangskoeffizienten ergeben. Selbst mit leistungsfähigen Ventilatoren sind nur Düsenausblasgeschwindigkeiten erzielbar, die für Wärmeübergangskoeffizienten von 1.000 bis 2.000 W/(m2K) ausreichen. Die Banddicken, die mit einer solchen Hochleistungsabkühlvorrichtung ausreichend schnell abgekühlt werden können, liegen bei max. ca. 3 mm. Für noch dickere Bänder ist die mit Gasabschreckung mögliche Abkühlgeschwindigkeit nicht ausreichend. Der Stand der Technik erfordert aber Banddicken von 5 mm und etwas dicker. Die für solch dicke Bänder erforderliche Abkühlung kann mit einem Metallschmelzebad erreicht werden, durch das das Band geführt wird. Für die Metallschmelze kommen z. B. Blei-Wismut-Legierungen in Frage. Die Temperatur der Metallschmelze wird auf die gewünschte Temperatur des unterkühlten Austenits eingestellt, so dass eine Überkühlung des Bandgefüges mit der Bildung von Martensit ausgeschlossen ist. Das Metallschmelzebad ist mit einer Beheizung und einer Kühlung ausgestattet und verfügt über eine Temperaturregelung. Durch die Kühlung wird die Abfuhr der Kühlwärme des Bandes sichergestellt. Die Temperaturregelung sorgt für die genaue Einhaltung der gewünschten Metallschmelze-Badtemperatur.
  • Da das Band in den meisten Fällen horizontal geführt wird, ist eine Umlenkung des Bandes nach unten zum Eintauchen in die Metallschmelze erforderlich. In der Metallschmelze wird das Band wieder nach oben umgelenkt und mittels einer weiteren Umlenkung oberhalb der Metallschmelze wieder in die horizontale Durchlaufrichtung gebracht. Die Umlenkung des Bandes im Metallschmelzebad und oberhalb hinter dem Bad findet bei einer Bandtemperatur wenig oberhalb der Martensitstarttemperatur statt. Das Eintauchen des Bandes in die Metallschmelze erfolgt unter Schutzgas, und die Metallschmelze übernimmt die Abdichtung des schutzgasgefüllten Raumes nach Art eines Flüssigkeitsverschlusses.
  • Durch die Umlenkung des Bandes im austenitisierten Zustand bei hoher Temperatur erfährt das Band eine Verformung; dadurch kommt es zu unterschiedlichen Eintauchzeitpunkten bezogen auf die Bandbreite, wodurch die Bandverformung sogar noch vergrößert wird. Dies stellt, neben dem Einfädeln eines dicken Bandes um die drei Umlenkungen, produktionstechnisch ein großes Problem dar, da die Bänder nach erfolgtem Vergüteprozess möglichst plan sein müssen; insbesondere, wenn aus breiten und dicken Bändern Ronden zur Fertigung von Kreissägeblättern ausgelasert werden sollen.
  • Das sich bei weiterer Abkühlung einstellende Martensitgefüge ist sehr hart und erschwert ein Richten des Bandes oder schließt es sogar aus, auch wenn das Abkühlen unter die Martensitbildungstemperatur in einer sog. Plattenkühlstrecke nach dem Stand der Technik erfolgt.
  • Der Hauptgrund für diese Planitätsprobleme ist bei Anlagen mit horizontal geführten Bändern die Umlenkung in das Metallschmelzebad nach unten sowie, in geringerem Maße, die Umlenkung im Bad und, nach Austritt aus dem Schmelzebad, die Umlenkung oberhalb des Bades.
  • Bei der Gasabschreckung dagegen wird das Band im weiteren Verlauf hinter dem Austenitisierungsofen gerade horizontal geführt. Es muss bei der Gasabschreckung besonders darauf geachtet werden, dass diese einen gleichmäßigen Kühlbeginn über der Bandbreite bewirkt. Außerdem ist es wichtig, dass zwischen Austritt aus dem Austenitisierungsofen und Eintritt in den Kühlteil keine Vorkühlung erfolgt. Anderenfalls müsste die Bandtemperatur im Austenitisierungsofen noch erhöht werden, um die Temperaturabsenkung infolge Vorkühlung zu kompensieren. Das wäre sowohl für den Ofen als auch für die Planität des bei höheren Temperaturen noch weicheren Bandes nachteilig.
  • Bei den Anlagen nach dem Stand der Technik werden diese Anforderungen nur unzureichend erfüllt, und es sind keine verfahrenstechnischen oder vorrichtungstechnischen Maßnahmen zu erkennen, die hier Abhilfe schaffen können.
  • Aufgabenstellung:
  • Es besteht daher die Aufgabe, dies durch zweckdienliche Maßnahmen, wie sie in Anspruch 1 und in dem Vorrichtungsanspruch Nr. 2 beschrieben sind, zu vermeiden.
  • Bei der Flüssigkeitskühlung mittels Metallschmelzebad wird das Band gerade durch ein dynamisch, also durch Strömungsvorgänge schwallartig, aufgebautes Schmelzebad geführt, welches das Band von allen Seiten umschließt das nach dem Stand der Technik auf die gewünschte Abkühltemperatur eingestellt ist und mittels geeigneter Metallpumpen gefördert wird. Die Metallschmelzepumpen können sowohl entsprechend temperaturbeständige übliche Pumpen oder auch Pumpen sein, von denen die Metallschmelze durch elektrische Kräfte gefördert wird. Der Eintritt des Bandes in diese Metallschmelzenschwallkühlung ist so gestaltet, dass durch Beaufschlagen des Bandes mit je einer quer zum Band angeordneten Schlitzdüse oberhalb und unterhalb des Bandes, die den Schmelzbadfluss in Bandlaufrichtung richten und keine Rückströmung auf oder unter dem Band in Richtung Muffelofen erzeugen, so erfolgt, dass der Kühlbeginn des Bandes an der Oberseite und der Unterseite gleichmäßig erfolgt und auf einer Geraden quer zum Bandlauf stattfindet.
  • Das Abfließen des Schwallbades vom Band ist weniger kritisch, da, ausreichende Länge des Schwallbades vorausgesetzt, keine weitere Abkühlung erfolgen kann, da das Band auf die gewünschte Mindestabkühltemperatur eingestellt ist. Hinter der Schwallkühlung wird die Metallschmelze durch geeignete, von oben und unten und an beide Kanten zugestellte Abstreifer von der Bandoberfläche entfernt. Diese Abstreifer können, insbesondere bei empfindlichen Bändern, nach Art einer Blende ausgeführt sein, deren oberer Teil beim Heftstellendurchlauf angehoben werden kann. Im Betrieb ist dieser obere Teil der Blende nur leicht gegen das Band angestellt, um Bandbeschädigungen, wie z. B. Kratzer, zu vermeiden. Dies gilt auch für den Fall dass, wie häufig erforderlich, unterschiedlich breite Bandstreifen gleichzeitig behandelt werden müssen. Außerdem kann zur Erleichterung des Abstreifens vor dem Eintritt in die Schwallkühlung auf das Band noch eine geeignete Schlichte, z. B. Bornitrid, aufgetragen werden, die die Benetzung der Bandoberfläche durch das Schmelzebad reduziert und das Abstreifen erleichtert. Es ist auch möglich, den Trennmittelstoff in Pulverform auf das Band aufzubringen. Auf diese Weise wird auch die nach dem Stand der Technik vorhandene Verschleppung von dem Band noch anhaftender Metallschmelze in den nachfolgenden Anlagenteilen vermieden oder wesentlich reduziert, was sowohl aus anlagentechnischen Aspekten als auch aus Umweltaspekten sehr vorteilhaft ist.
  • Ein weiterer Vorteil der Schwallkühlung ist der durch die verstärkte Umwälzung der Metallschmelze erhöhte Wärmeaustausch mit dem Band und folglich eine gesteigerte Abkühlwirkung. Dadurch ist es möglich auch dickere Bänder ohne Gefahr der Bildung von Zwischengefügen zu unterkühltem Austenit abzukühlen als mit Metallschmelze Tauchbädern nach dem Stand der Technik. Außerdem wird die Temperaturverteilung in der Metallschmelze durch die Umwälzung verbessert.
  • Bei der Gasabschreckung kann die Trennung zwischen Kühlung und Muffelofen dadurch erfolgen, dass hinter dem Austenitisierungsofenaustritt das Band bzw. die parallel nebeneinander verlaufenden Bandstreifen zwischen zwei entsprechend gestalteten Graphitbalken geführt wird, von denen der obere, z. B. mittels Federkraft, auf den unteren gedrückt wird. Diese Graphitbalken können, in quer auf das Band bezogener Querschnittsebene betrachtet, noch so ausgebildet sein, dass, nach oben betrachtet, eine Wölbung des Bandes entsteht. Da die Breite des gewölbten Bandes größer ist als die Sehne der Wölbung, kann bei dem unter Längszugspannung stehenden Band auf diese Weise die beim Kühlen entstehende Reduzierung der Bandbreite durch „Wegkühlung der Bandwölbung” zum Teil oder vollständig erfolgen, so dass während der Abkühlung die Bandkanten gerade bleiben und durch die Bandbreitenverminderung keine zur Bandmitte hin gerichteten eine Verwerfung oder ein Beulen des Bandes bewirkenden Kraftkomponenten der Bandspannung entstehen oder diese zumindest erheblich oder weitestgehend vermieden werden. Ebenso ist der Einsatz der vorbeschriebenen verstellbaren Blende möglich.
  • Eine vergleichbare Vorgehensweise ist natürlich auch für das Metallschmelze-Schwallbad denkbar. Auch hier kann z. B. Graphit zum Einsatz kommen, da die Atmosphäre vor dem Schwallbad reduzierend ist. Üblicherweise wird hier ein Schutzgas mit einem hohen Anteil Wasserstoff und einem vergleichsweise geringen Teil Stickstoff verwendet.
  • Anwendungsbeispiele
  • Eine mögliche und vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schroffkühlung ist in 1 dargestellt. Das Band 1 durchläuft in gerader und gestreckter Form das Metallschmelzebad in Richtung des Pfeils 1a. Der Spiegel des Metallschmelzebades 6a ist um den Betrag h höher als die Oberfläche des horizontal geführten Metallbandes 1. Die Metallschmelze 9, durch die das Band gezogen wird, wird durch die das Band vorteilhaft nur leicht berührenden Gleitstäbe 2 oberhalb und unterhalb des Bandes eingegrenzt. Diese Gleitstäbe können z. B. als Graphitleisten ausgeführt sein. Die oberen Gleitstäbe sind in bewegliche, z. B. metallische Schieber eingefasst die, wie durch die Doppelpfeile 4 angedeutet, beim Durchlauf der Heftstelle nach oben angehoben werden können und bei Schroffkühlbetrieb auch gegen das durchlaufende Band angedrückt werden. Die Wand 3, durch die das Band 1 in die Schmelze eintritt, weist eine entsprechend hohe Durchtrittsöffnung für das Band mit Bandverbindungsstelle auf. Beim Durchlauf der Heftstelle kann der Metallschmelzezufluss durch die Leitung 8 unterbrochen werden, z. B. durch stoppende Pumpwirkung, damit nicht zu viel Metallschmelze durch die für den Heftstellendurchlauf vergrößerten Banddurchtrittsöffnungen austritt. Am Boden des Badteiles 9 befindet sich eine Trennwand mit einer z. B. schlitzförmigen Öffnung 13, durch die von oben nachfließende Metallschmelze in den unteren Teil des Schmelzenbades 10 eintritt. Dieser untere Teil 10 des Metallschmelzebades befindet sich in einem Behälter 5, der groß genug ist, das gesamte Volumen des oberen Schmelzebades, das durch den Metallschmelzezufluss das Bad 1 um die Höhe h überdeckt, aufzunehmen, wenn der Metallschmelzezufluss durch die Leitung 8 angehalten wird. Die Abflussöffnung 13 kann mittels des Schiebers 12 justiert werden, so dass der von der Metallschmelzepumpe 7 geförderte Metallschmelzestrom dem Metallschmelzeabufluss durch die Schlitze zwischen den Abstreifern 2 neben dem Band bzw. zwischen den Bändern und dem durch Strömungspfeile angedeuteten Abfluss 11 in den unteren Teil des Schmelzebades 10 entspricht, und folglich der Spiegel 6a des oberen Schmelzebades 9 sich nicht wesentlich ändert. Die Temperatur des Schmelzebades wird, zum Beispiel durch eine Elektrobeheizung mittels Mantelheizelementen, angedeutet durch 14, sichergestellt. Zusätzlich ist noch eine Kühleinrichtung vorgesehen (nicht in 1 gezeichnet), die z. B. aus einer von Kühlgasfluid durchströmten Rohrschlange oder Kühlplatten besteht und in der Lage ist, die dem Metallschmelzebad von dem heißen eintretenden Band 1 während des Abkühlvorganges zugeführten Wärme abzuführen.
  • Vor dem Einlauf des Bandes durch die Abstreifstäbe 2 in das Metallschmelzebad 9 können Sprührohre 15 und 16 angeordnet sein, mit denen die Schlichte zur Verringerung der Benetzung des Bandes durch die Metallschmelze auf das noch heiße Band aufgesprüht wird. Es kann auch das Trennmittel in Pulverform aufgeblasen werden.
  • 2 zeigt eine ebenfalls vorteilhafte Variante für die Schroffkühlung mittels Metallschmelzebad. Der Kühlbeginn auf dem Band 1, der möglichst genau an einer geraden Linie senkrecht zum Bandtransport erfolgen soll, und zwar sowohl auf der Bandunterseite als auch auf der Bandoberseite, wird hier nicht durch Abstreifstäbe, sondern durch Schlitzdüsen 17, 18 erzielt, die mit flacher Neigung gegen das Band in Bandtransportrichtung 1a die Metallschmelze so gegen das Band blasen, dass durch den Strahlimpuls keine Rückströmung mehr erfolgt. Die untere Schlitzdüse 17 ist fest, während die obere Schlitzdüse 18 beim Durchlauf der Bandheftstelle hochgeschwenkt werden kann, wie durch den Pfeil 19 angedeutet. Vor dem einlaufenden Band können wieder die Sprührohre 15 und 16 oder Pulver-Blasrohre zum Benetzen bzw. Besprühen oder Geblasen des Bandes mit einem geeigneten Trennmittel angeordnet sein. Es versteht sich, dass diese Düsenrohre dann, wenn der Trennmittelfluss unterbrochen wird, mit Schutzgas ausgeblasen werden müssen, damit sich die Düsenöffnungen durch die Festbestandteile des Trennmittels nicht zusetzen, sondern freigeblasen werden. Die übrige Ausführung des Metallschmelzebades entspricht weitestgehend der zuvor im Zusammenhang mit der 1 beschriebenen Ausführungsform.
  • Die Situation mit Schroffkühlung durch ein Hochkonvektions-Gasprallstrahl-Düsensystem, das insbesondere für geringere Banddicken ausreicht und ein Metallschmelzebad vermeidet, ist in 3b dargestellt. Der Übergang vom Muffelofen 21 zur Schroffkühlung 23 entspricht der Ausführung, die bereits im Zusammenhang mit 3a für die Schroffkühlung 23 in einer Metallschmelze beschrieben wurde. Die Gasströmung wird durch einen oder mehrere Ventilatoren 34 erzeugt und dem aus oberen und unteren Düsenherd bestehenden Schroffkühlsystem zugeführt. Die einzelnen Düsen können separat am Düseneintritt verschlossen werden, wodurch die Schroffkühlung 23 der jeweiligen Kühlanforderung für das jeweils zu behandelnde Band einfach angepasst werden kann. In den Strömungskreislauf, der durch die Ventilatoren oder Strömungsantrieb 34 erzeugt wird, können noch Kühler zum Abführen der Kühlwärme der Schroffkühlung eingebaut sein. Außerdem ist es möglich, in die Schroffkühlung 23 eine Heizung einzubauen, mit der das Gas, das innerhalb der Schroffkühlung 23 zirkuliert, auf einer bestimmten Temperatur gehalten wird. Am Eintritt der Schroffkühlung befinden sich Bauteile 35, die, wie durch die Richtungspfeile 36 angedeutet, vertikal zu Band auf der Bandoberseite oder auf beiden Bandseiten verstellt werden können, um den Durchlauf dem Band anzupassen und den Durchtritt der Bandheftstelle zu erlauben. Hinter der Schroffkühlung befindet sich ein Rollenpaar 37, von dem die obere Rolle ebenfalls vertikal verstellbar ist. Außerdem kann noch eine (in 3b nicht gezeichnet) mit einer Detektionseinrichtung für das Band oder die Bänder versehene Temperaturmesseinrichtung, z. B. ein auf die Bandoberseite zustellbares Kontaktthermoelement, vorgesehen sein, das auch quer zum Band verfahren werden kann und die Temperatur der Bänder hinter der Schroffkühlung 23 präzise zu messen gestattet. Dieses Temperaturmesssignal kann auch zur vorerwähnten Schaltung der einzelnen Prallstrahldüsen und/oder zur Anpassung der Ventilatordrehzahl in einer entsprechenden Regelkreiseinstellung entsprechend der jeweiligen Kühlanforderungen für die zu behandelnden Bänder benutzt werden.
  • Hinter der Schroffkühleinrichtung 23 mit den Hochkonvektions-Prallstrahldüsen 33 kann noch eine auf eine Temperatur oberhalb der Martensitumwandlungstemperatur eingestellte, beheizte Kühlzone (Heizung nicht gezeichnet) angeordnet sein, die dafür sorgt, dass das Band 1 die erfindungsgemäße Einrichtung genau mit der gewünschten Temperatur, auf welche auch die Gastemperatur in der beheizten Kühlzone 38 eingestellt ist, verlässt.
  • Ein großes Problem bei der Schroffkühlung von Metallbändern stellt der Übergang von dem Austenitisierungsofen in den Schroffkühlbereich dar, siehe 3. Der Austenitisierungsofen, von dem in der 3 nur das Bandaustrittsende vereinfacht und skizzenhaft dargestellt ist, ist nach dem Stand der Technik üblicherweise ein Muffelofen. In der Muffel 20 befindet sich reduzierendes Schutzgas, üblicherweise ein Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch mit hohem Wasserstoffanteil. Die Muffel wird von außen in einem Ofen 21 beheizt, üblicherweise mit Gasbrennern 22, die eine normale Verbrennungsatmosphäre erzeugen. Beim Austenitisierungsbetrieb erreicht die Muffel 20 Temperaturen von 1.000°C und mehr. Das große Problem besteht nun darin, die Muffel 20 an die wesentlich kältere Schroffkühlung gasdicht anzuschließen. Daher darf der für den Muffelanschluss notwendige Übergangsbereich nicht zu lang sein, damit das Band beim Durchlaufen dieses Bereichs keine wesentliche Vorkühlung erfährt. Andererseits muss aber auch darauf geachtet werden, dass die thermisch bedingten Wärmespannungen im Muffelmaterial und in den für den Anschluss der Muffel 20 an den Schroffkühlbereich 23 notwendigen Bauteilen nicht zu hoch werden.
  • Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, dass die Muffel 20 mit einem die Muffel umgebenden, größeren Flansch 24 verschweißt ist. Dieser Flansch 24 ist, da er sich in dem die Muffel beheizenden Ofen 21 befindet, etwa der gleichen Temperatur ausgesetzt wie die Muffel. In 3a und 3b ist nur das Ende dieses langen, die Muffel umgebenden Ofens 21 angedeutet. Durch die annähernd gleiche Temperatur von Muffel 20 und Flansch 24 werden Wärmespannungen infolge eines schädlichen Temperaturgefälles im Flansch ausgeschlossen. An diesen Flansch 24 schließt sich ein zylindrisches Stück 25 an. Das kalte Ende des zylindrischen Stückes 25 ist mit einem Flansch 28 verschweißt. Dieses kreiszylindrische Stück 25 durchdringt die Wärmeisolation 26 der austrittsseitigen Stirnwand 27 des Ofens 21 für die Muffelbeheizung. Da sich nur ein unwesentliches Temperaturgefälle in Richtung der Mantellinien des zylindrischen Stückes 25 einstellen kann, infolgedessen sich die Querabmessung des zylindrischen Stücks 25 nur leicht ändert, können auch im zylindrischen Stück 25 keine zerstörerischen thermischen Spannungen auftreten. Die Länge dieses kreiszylindrischen Zwischenstücks 25 ist etwas größer ist als die Dicke der Stirnwand des Austenitisierungsofens einschl. Wärmedämmung, damit der Flansch 28 zugänglich ist. An den Flansch 28 ist ein beidseits mit Flanschen versehenes Zwischenstück 29 angeflanscht, das mit dem Gehäuseflansch 30 der Schroffkühlung verschraubt wird. Die Schroffkühlung 23 ist, z. B. auf Rollen (nicht gezeichnet), verfahrbar ausgeführt, um zu Montagezwecken Zugang zu den Bauteilen 29 und 25 zu schaffen. In dem Inneren der Bauteile 25 und 29 befindet sich ein aus wärmeisolierendem Material gefertigter Stopfen 31, der im Bereich des Banddurchlaufs mit gegen Beschädigungen durch das Band gesicherten elektrischen Heizelementen 32 versehen ist. Die Heizelemente 32 können nur einseitig oder zu beiden Seiten des Bandes angeordnet sein. Vorteilhaft werden Heizelemente verwendet, deren Temperatur merklich höher ist als die Bandtemperatur am Ende des Muffelofens. Entsprechend dieser Temperaturdifferenz steigt nämlich auch der von der Heizung auf das Band übertragen werden kann. Auf diese Weise gelingt es, das Band ohne merkliche Termperaturabsenkung in die Schroffkühlung 23 eintreten zu lassen, was ein großer verfahrenstechnischer Vorteil ist. Der kalte Flansch 28, der mit dem zylindrischen Übergangsstück verschweißt ist, kann mit einer die Gasdichtigkeit garantierenden Dichtung an einen Gegenflansch angeflanscht werden.
  • Das ebenfalls zylindrische Zwischenstück 29 kann in dem Bereich nach Austritt aus der Austenitisierungsofen-Stirnwand noch als Kompensator 30 ausgeführt werden, um Wärmeausdehnungen auszugleichen bzw. aufzufangen.
  • Schließlich ist es erfindungsgemäß auch möglich, durch geeignete Maßnahmen, z. B. entsprechend geformte Auflagestäbe das Band im heißen Zustand, im Querschnitt betrachtet, zu verwölben, siehe 4. Dadurch bleibt die Breite des Bandes trotz der während der Kühlung erfolgenden Wärmekontraktion konstant und die Bandspannung kann keine zur Bandmitte hin gerichtete Komponente entwickeln, durch die sich das Band unkontrolliert wellen oder verbeulen würde. Dies ist in 4 schematisch dargestellt. Bei einer Bandbreite von 500 mm genügt zum Beispiel eine Stichhöhe der Wölbung b von ca. 28 mm, um bei einer kalten, gestreckten Bandbreite s von 500 mm die Breitenzunahme des Bandes bei der Erwärmung auf 1.000°C in der Längendifferenz zwischen Bogen und Lehne unterzubringen. Es kann vorteilhaft sein, nicht die gesamte Breitenzunahme infolge Wärmeausdehnung zu kompensieren, sondern nur einen Teil. Dies führt jedenfalls dazu, dass durch den Bogen b die Richtung der Bandverformung vorgegeben wird und keine unkontrollierten Bandformen auftreten, wie sie zum Beispiel von den Praktikern als Vogelschwingen und dergleichen bezeichnet werden. Je nach Größe der aufgeprägten Wölbung b wird die Form der Abkühldüsen – wieder im Querschnitt betrachtet – der Bandform angepasst. Es ist auch möglich, die Düsen als Polygon auszuführen, bei dem zum Beispiel nur die Außenbereiche entsprechend der gewünschten Wölbeform dieser durch Herabschwenken angepasst werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Stahlband bzw., bei Mehrbandbetrieb, parallel laufende Stahlbänder
    1a
    Richtungspfeil für den Bandlauf
    2
    Gleitstäbe
    3
    Wand des Metallschmelzebehälters
    4
    Richtungsdoppelpfeil für Schieberverstellung
    5
    Unterer Metallschmelzebehälter
    6a
    Spiegel des oberen Metallschmelzebades
    6b
    Spiegel des unteren Metallschmelzebades
    7
    Pumpe für Metallschmelze
    8
    Rohrleitung für Metallschmelze
    9
    Oberes Metallschmelzebad
    10
    Unteres Metallschmelzebad
    11
    Strömungspfeile
    12
    Schieber für Abflussöffnung
    13
    Abflussöffnung
    14
    Schmelzebadbeheizung
    15
    Sprührohre
    16
    Sprührohre
    17
    Schlitzdüse
    18
    Schlitzdüse
    19
    Richtungspfeil
    20
    Muffel
    21
    Muffelofen
    22
    Gasbrenner
    23
    Schroffkühlbereich
    24
    Flansch, die Muffel 20 umgebend
    25
    Zylindrisches Stück
    26
    Wärmeisolierung
    27
    Austrittsseitige Muffelofen-Stirnwand
    28
    Flansch
    29
    Zwischenstück
    30
    Kompensator
    31
    Stopfen
    32
    Elektrisches Heizelement
    33
    Hochkonvektions-Gasprallstrahl-Düsensystem
    34
    Strömungsantrieb
    35
    Schieber
    36
    Richtungspfeil der Schieberverstellung
    37
    Rollenpaar, obere Rolle verstellbar
    38
    Beheizte Kühlzonen
    s
    Breite des kalten Bandes
    b
    Länge des warmen Bandbogens
    h
    Überdeckung der Metallschmelze über dem Band

Claims (2)

  1. Verfahren zur Schroffkühlung von Stahlband während des Härte- und Vergüteprozesses im Durchlauf mit einem vor der Schroffkühlung angeordneten Austenitisierungsofen, in dem in einer mit reduzierendem Schutzgas gefüllten Muffel das Band wärmebehandelt wird, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: a. Am schroffkühlseitigen Ende der Muffel befindet sich, eingebaut in einen Stopfen aus wärmeisolierendem Material, eine elektrische Strahlungsbeheizung für eine oder beide Bandseiten, wobei die Strahlungsbeheizung durch entsprechende Übertemperatur gegenüber der Bandtemperatur aus der Muffel für einen hohen Wärmeübergang auf das Band sorgt. b. Der Stopfen ist in einen Zylinder, mit zum Vergleich mit der Muffel großen Querabmessungen, eingebaut, wobei die Muffel durch einen gasdicht mit ihr verbundenen Flansch, der sich im Ofen befindet und etwa die Temperatur der Muffel aufweist, verbunden ist. c. Das Band bzw. die nebeneinander laufenden Bänder treten durch einen engen Spalt in gestreckter Form als gerader Bandlauf in die Schroffkühlung ein. d. Die Schroffkühlung besteht entweder aus einer Hochkonvektionskühlstrecke mit Gas-Prallstrahlen, wobei das Gas einen hohen Wasserstoffanteil aufweist, oder aus einem Metallschmelzebad, das mit einem durch strömungstechnische Mittel gebildeten, wellenartigen Schwall das bzw. die Stahlbänder allseitig umgibt.
  2. Vorrichtung zur Schroffkühlung von einem Stahlband oder mehreren parallel laufenden Stahlbändern 1, die aus der Muffel 20 eines Austenitisierungsofens 21 austreten, gekennzeichnet durch folgende Merkmale a. An die Muffel 20 schließt sich ein durch Verschweißen gasdicht mit ihr verbundener Flansch 24 an, der die Muffel 20 umschließt und sich im Muffelofen 21 auf etwa gleicher Temperatur wie die Muffel befindet. b. Mit diesem Flansch 24 ist ein zylindrisches Stück 25 mit im Vergleich zur Muffel großen Querabmessungen verschweißt, das die Wärmeisolierung 26 der schroffkühlseitigen Ofenstirnwand 27 durchdringt. c. An dem aus der schroffkühlseitigenen Ofenstirnwand 27 herausragenden zylindrischen Bauteil 25 ist ein in der kalten Umgebung befindlicher Flansch 28 angeschweißt, der gasdicht mit dem Gegenflansch des Übergangsstückes bzw. Zwischenstücks 29 zwischen Muffelofen 21 und Schroffkühlung 23 verschraubt ist. d. In dem zylindrischen Bauteil 25 und dem Übergangsstück 29 befindet sich ein aus wärmeisolierendem Material gefertigter Stopfen 31, der einen Durchlass für das Band 1 bzw. die Bänder aufweist, wobei in dem Durchlass oberhalb und/oder unterhalb der horizontal geführten Bänder eine elektrische Heizung 32 angeordnet ist, die mit deutlicher Übertemperatur gegenüber der Temperatur betrieben wird, mit der das Band 1 bzw. die Bänder die Muffel 20 verlässt. e. Aus dem Stopfen 31 tritt das gerade geführte Band 1, bzw. die Bänder, nach kurzer Distanz durch einen engen Spalt in die Schroffkühlung ein, wobei der Spalt durch eine verstellbare Blende, einen Schieber 35 oder, ebenfalls quer zum Band verstellbare, Gleit- oder Auflagestäbe 2 gebildet wird. f. Die Schroffkühlung 23 besteht aus einem mit Schutzgas von hoher Wasserstoffkonzentration betriebenen Hochkonvektions-Prallstrahldüsensystem 33, dessen Düsen einzeln geschaltet werden können, oder aus einem Metallschmelzebad 9 und 10, das im Bereich des geraden Bandlaufs einen mit strömungstechnischen Mitteln, wie einer Metallschmelzepumpe 7, das Band allseitig umgebenen Schwall bildet.
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