DE102016000576A1

DE102016000576A1 - Verfahren zum kontinuierlichen Glühen und Abschrecken von Bändern aus metallischen Werkstoffen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102016000576A1
Application number: DE102016000576.9A
Authority: DE
Inventors: Carl Kramer; Thomas Berrenberg; Leander Ahorner; Jakob Prodinger
Original assignee: WSP GmbH
Current assignee: WSP GmbH
Priority date: 2016-01-22
Filing date: 2016-01-22
Publication date: 2017-07-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Glühen und Abschrecken von Bändern aus metallischen Werkstoffen mit einem Glühofen und einer hinter dem Glühofen folgenden Abschreckeinheit, die das Metallband mittels Gasbeblasung oder mit einem flüssigen Kühlmedium auf eine Zwischentemperatur abkühlt. Bei dieser Zwischentemperatur, die deutlich über der Raum- bzw. Umgebungstemperatur liegt, wird von der weiteren Abkühlung das Band in einer Richteinheit gerichtet und während der weiteren Abkühlung von der Zwischentemperatur, in einer weiteren Einheit die durch den Richtvorgang erhaltene Planität weiter verbessert oder erhalten. Vorrichtungen zur Erreichung des erfindungsgemäßen Zustandes des Bandes, wie Rollengänge zum Biegerichten, von beiden Seiten gegen das Band angedrückte umlaufende gekühlte Bänder, die mit der Bandgeschwindigkeit synchronisiert sind oder auf beiden Seiten des Bandes angeordnete Rollengänge, deren Rollen intern oder extern gekühlt sind und die gegen das Band angestellt werden können, werden beschrieben. Die Erfindung schließt auch die Behandlung mehrerer parallel laufender Bänder ein.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff von Anspruch 1 beschriebenen Gattung und eine Vorrichtung der Gattung, wie im Oberbegriff von Anspruch 8 erläutert.
Stand der Technik
Das in Durchlaufanlagen zu behandelnde Band wird als Kaltwalzband angeliefert. Dieses Band weist vom Walzvorgang her innere Spannungen auf. Während der Glühbehandlung lösen sich diese inneren Spannungen zwar teilweise, da die Walzspannungen aber nicht gleichmäßig über die Bandbreite verteilt sind, ist auch die Spannungsauflösung nicht gleichmäßig und das Band weist Unplanitäten auf. Bei der sich anschließenden Abschreckung mit hoher Abkühlgeschwindigkeit je nach Werkstoff von 100 K/s und mehr, ergeben sich zusätzliche Planitätsabweichungen. Dies ist besonders der Fall, wenn das Metallband bei der Abschreckung auf Zwischentemperatur z. B. ein flüssiges Abschreckmedium durchläuft und dazu, sowohl vor in dem flüssigen Abschreckmedium z. B. mittels Rollen umgelenkt und dabei verformt wird.
Während der weiteren Abkühlung wird das Band fallweise zwischen gegeneinander angedrückten Kühlplatten geführt, die mit einem geeigneten Belag, z. B. am Graphit oder Fasermaterial, belegt werden und soll dadurch in Form gehalten werden. Wie die Erfahrung zeigt, kann dieses Verfahren die Bandplanität nicht wesentlich verbessern. Der Grund hierfür ist, dass wegen der Werkstoffeigenschaften der metallischen Bänder plastische Verformungen zur Verbesserung der Bandplantität nicht mehr einfach möglich sind.
Aufgabenstellung
Es besteht daher die Aufgabe, die Bandplanität der zu behandelnden einzelnen oder parallel nebeneinander durch die Anlage zu führenden Bänder so zu verbessern, dass diese Planität auch noch nach vollständiger oder nahezu vollständiger Abkühlung vorhanden ist. Diese Aufgabe wird durch das Verfahrensmerkmal des Anspruches 1 und die Vorrichtungsmerkmale des Anspruchs 2 gelöst. Die Unteransprüche beschreiben hilfreiche Verfahrensschritte bzw. Ausstattungsmerkmale. (Ein einzelnes Band oder eine Anordnung mehrerer parallel nebeneinander laufender Bänder ist im Folgenden immer gemeint, auch wenn nur von „Band” gesprochen wird.)
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines vereinfachten Ausführungsbeispiels beschrieben, das schematisch in 1 dargestellt ist. Die 2 und 3 zeigen, ebenfalls stark vereinfacht, weitere Details. Vom Abwickler 1 läuft das Band 0 durch die mit (2) gekennzeichnete Bandmechanik, in der beim Bandbundwechsel die Verbindung der aufeinanderfolgenden Bänder hergestellt wird, der Bandtransport erfolgt, der Bandspeicher betrieben wird, (schematisch angedeutet ist in 1 beispielhaft eine Schlingengrube) und in bekannter Weise der Bandzug im Ofen (3) hergestellt und geregelt wird. Direkt hinter dem Ofen läuft das Band in die Abschreckung (4). Die Abschreckung (4) kann eine Hochkonvektions-Gaskühlung sein, in der das Band mit Prallstrahlen beaufschlagt wird oder die Abkühlung kann in einem auf Zwischentemperatur T eingestellten flüssigen Abschreckmedium erfolgen.
Bei der Gasabschreckung muss durch geeignete Maßnahmen dafür gesorgt werden, dass das Band nach erfolgter Kühlung möglichst genau die vorgesehene Zwischentemperatur T erreicht und einhält. Dies kann z. B. dadurch geschehen, dass die Temperatur des Gases, mit dem diese Kühlung erfolgt, genau auf diesem Wert gehalten wird oder dass die Kühlwirkung derart geregelt oder gesteuert wird, dass das Band mit der gewünschten Temperatur die Abschreckeinheit verlässt. Zweckmäßig wird bei dieser Alternativlösung die hinter der Abschreckung zuverlässig gemessene Bandtemperatur als Sollwert für die entsprechende Regelung genutzt.
Die Abschreckeinheit, Gaskühlung oder flüssig Mediumabkühlung, steht unter Schutzgas. Ebenfalls unter Schutzgas wird die Bandrichteinheit (6) betrieben, in die das Band unmittelbar nach der Schroffkühlung einläuft. Die Richteinheit (6) ist vorzugsweise als Richtrolleinheit ausgeführt. Die Rollen können angetrieben werden und mit der Bandgeschwindigkeit synchronisiert sein. Zur Vermeidung der Durchbiegung der Richtrollen können Stützrollen, auch als Stützscheibenrollen ausgeführt, vorgesehen werden. Mittels dieser Stützrollen kann auch eine gewünschte Durchbiegung der Richtrollen eingestellt werden, die zur Planitätsverbesserung des Bandes erforderlich oder sinnvoll ist.
Bei diesem Rollrichtvorgang durchläuft das Band eine Gruppe von oberen und unteren Rollen, so dass das Band eine Schlangenlinie bildet und dabei abwechselnd in beide Richtungen durchgebogen wird. Der Rollendurchmesser ist dabei auf die Banddicke oder einen Banddickenbereich abgestimmt. Die Durchbiegung des Bandes soll dabei derart erfolgen, dass ein gerades Band die Dehngrenze für beide Biegerichtungen einmal an der einen und das andere Mal auf der anderen Seite erreicht, aber noch nicht wesentlich überschreitet. In unplanen, unterschiedlichen Bandbereichen wird die Dehngrenze deutlicher überschritten, der betreffende Bereich folglich stärker plastisch verformt und dabei begradigt, während Abschnitte im geraden und planen Band ihre gewünschte Planität behalten. Durch abnehmend starkes Eintauchen der Rollen in den geraden, gestreckten Bandlauf wird das Band in einer Schlangenlinie mit bis auf etwa Null abnehmenden Amplitude geführt. Das abnehmend starke Hin- und Her-Biegen bewirkt den Richteffekt. Das funktioniert aber nur wenn ein gewisser niedriger E-Modul-Bereich vorhanden ist und das Material noch gestreckt werden kann
Die Richteinheit arbeitet, wie die Abschreckeinheit, unter Schutzgas und wird auf der gewünschten Arbeitstemperatur entsprechend der Zwischentemperatur T gehalten, so dass der Richtvorgang am Band bei der Zwischentemperatur oder hinreichend in deren Bereich erfolgt. Zweckmäßig wird diese Arbeitstemperatur durch eine entsprechend geregelte Umgebungstemperatur erreicht. Zur schnelleren Erlangung der Betriebsbereitschaft kann eine Anfahr- oder Bereitstellungsbeheizung vorgesehen sein.
An die Richteinheit (6) schließt sich beispielhaft eine konventionelle Plattenkühlstrecke (7) an. Alternativ kann erfindungsgemäß zur Vermeidung einer Relativgeschwindigkeit zwischen Kühlplatten und Band erfindungsgemäß auch eine Konti-Presseneinheit nach Art einer Bandpresse mit auf beiden Seiten des Bandes laufenden, mit dem Bandlauf synchronisierten und gegen das Band angepressten, entsprechend gekühlten Endlosbändern erfolgen.
Statt der Kühlplatteneinheit (6) kann erfindungsgemäß zur weiteren Verbesserung bzw. Erhaltung der Bandplanität auch eine Rollenkühleinheit (3) eingesetzt werden, die ebenfalls noch den Vorteil hat, dass zwischen dem Rollenmaterial als Kühlfläche und der Bandoberfläche keine Relativgeschwindigkeit auftritt, was der Qualität der Bandoberfläche förderlich ist. Dazu können die Rollen angetrieben und mit der Bandgeschwindigkeit synchronisiert werden. Dies ist insbesondere bei leistungsfähigen Anlagen, die mit hoher Bandgeschwindigkeit arbeiten, von Vorteil.
Bei dieser erfindungsgemäßen Variante ist es zweckmäßig, den Spalt zwischen den Rollen beidseits des Bandes so einzustellen, dass er nur geringfügig größer als die Banddicke ist, um einen Walzeffekt zu vermeiden. Der Spalt zwischen den Rollen kann insgesamt oder auch für jedes Rollenpaar einzeln, je nach Erfordernis, auch unterschiedlich verstellt werden kann. So ist es möglich, auch noch während der weiteren Abkühlung eine gewisse Beeinflussung, Erhaltung und/oder Verbesserung der Bandplanität zu erreichen. Es kann auch vorgesehen sein, die erwähnten Verstellungen in einem oder mehreren Regelkreisen nach dem Ergebnis einer Bandplanitätsmessung des abgekühlten Bandes vor zu nehmen.
Die Kühlwärme kann vom Band durch Berührung mit den gekühlten Rollen abgeführt werden. Dazu werden die Rollen von innen mit einer geeigneten Kühlflüssigkeit oder mit einem Kühlgas kontrolliert gekühlt. Um den Wärmeübergang erforderlichenfalls zu verbessern kann die Innenfläche des Rollenmantels entsprechend strukturiert werden. Die Stärke der Kühlung kann über die Breite des Rollenballens, also quer zum Bandlauf, variieren, um dem Idealfall der über die Bandbreite gleichmäßige Temperaturverteilung während der Abkühlung möglichst nahe zu kommen oder die Kühlung der Bandform an zu passen. Außerdem wird die Kühlwirkung von Rolle zu Rolle entsprechend der gewünschten Temperaturabnahme im Band gesteuert bzw. geregelt.
Erfindungsgemäß ist auch eine Gaskühlung des Bandes und der Rollen von außen möglich. Hierzu wird zweckmäßig das Kühlgas mittels Schlitzdüsen (11) auf die Rollen an deren dem Band abgewandten Äquator, 4, aufgeblasen, so dass durch den COANDA-Effekt beidseits des Äquators ein an der Rollenoberfläche bis zur Berührung mit dem Band anliegender Wandstrahl gebildet wird, der zum einen die Rolle kühlt und zum anderen das Kühlgas nur wenig vermischt mit dem Umgebungsgas, also mit definierter Temperatur in Kontakt und zum konvektiven Wärmeaustausch mit dem Band bringt. Dies geschieht, falls erforderlich, bei den Rollengängen beidseits des Bandes. Die Temperatur des Kühlgases kann je nach Kühlerfordernissen von Rolle zu Rolle gewählt, voreingestellt oder entsprechend dem Temperaturverlauf im Band geregelt werden. Auch eine Veränderung des Wärmeübergangs der Düsenstrahlen ist insgesamt oder individuell durch Veränderung der Düsenausblasgeschwindigkeit möglich.
Nach erfolgter Abkühlung auf Raum- bzw. Umgebungstemperatur oder darunter erfolgt fallweise eine weitere werkstoffspezifische Wärmebehandlung, z. B. Auslagern, Aushärten Anlassen usw. (8).
Bezugszeichenliste

1: Metallband
2: Bandbund Abwickler
3: Bandmechanik mit Bandpeicher
4: Glühofen
5: Abschreckeinheit
6: Band Richteinheit
7: Plattenkühl strecke bzw. Rollenkühlstrecke
8: weitere Wärmebehandlungseinheit
9: Bandbund Aufwickler
10: Rollen
11: Prallstrahldüse bzw. Schlitzdüse

Claims

Verfahren zur Herstellung von Bändern aus metallischen Werkstoffen im Durchlauf a) mit einer Glühbehandlung des Bandes b) mit einer anschließenden Abschreckung durch Gas oder mittels flüssigem Abschreckmedium dadurch gekennzeichnet, dass im Zustand des auf eine Zwischentemperatur T, die deutlich über der Raumtemperatur bzw. der Umgebungstemperatur liegt, abgeschreckten Bandes, das Band mit einer Richteinheit (6) gerichtet wird und erst in gerichtetem Zustand eine weitere Kühlung erfolgt und c) eine Planhaltung des Bandes nach Unterschreiten der Zwischentemperatur T bewirkt wird, wobei diese Temperaturunterschreitung fallweise mit einer Änderung bzw. teilweisen Änderung des Kristallgitters und mit einer Volumenänderung verbunden sein kann.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sich an die Richteinheit (6) eine weitere Einheit (7) zur Verbesserung und/oder Erhaltung der Bandplanität anschließt, die zumindest über einen Teil ihrer Länge mit beidseits vom Band angeordneten und gegen das Band angedrückten endlosen mitlaufenden Bändern ausgestattet ist, wobei die nach den Erfordernissen des Bandes gekühlten mitlaufenden Bänder mit der Bandgeschwindigkeit synchronisiert sind.
Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass sich an die Richteinheit (6) eine weitere Einheit zur Verbesserung und/oder Erhaltung der Bandplanität anschließt, welche das Band zwischen beidseits des Bandes angeordneten und gegen das Band angedrückten Kühlplatten führt.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass sich an die Richteinheit (6) eine weitere Einheit zur Verbesserung und/oder Erhaltung der Bandplanität anschließt, die mit beidseits des Bandes angeordneten Rollen (10) ausgestattet ist, die eine interne oder externe Kühlung aufweisen und ganz oder teilweise gegen das Band angestellt werden können.
Verfahren nach Anspruch 1–4 dadurch gekennzeichnet, dass die metallischen Werkstoffe, die einer Glühbehandlung unterzogen werden, metallische Legierungen wie Cu-Be, Al-Cu, NiCr-Al, Fe-C sind.
Verfahren nach Anspruch 1–5 dadurch gekennzeichnet, dass nach Glühen und Abschrecken die Bänder einer weiteren Wärmebehandlung wie Auslagern, Aushärten, Anlassen unterzogen werden.
Verfahren nach Anspruch 1–6 dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischentemperatur T für Bänder aus Fe-C eine Temperatur im Bereich des unterkühlten Austenit oberhalb der Martensitstarttemperatur ist.
Vorrichtung zur Herstellung von Bändern aus metallischen Werkstoffen im Durchlauf mit einem Glühofen und einer Abschreckeinrichtung, gekennzeichnet durch eine hinter der Abschreckeinrichtung befindlichen Anordnung von Richtrollen (10) zu beiden Seiten des geraden Bandlaufs die durch Eintauchen der Rollen (10) von nur einer oder von beiden Seiten in den geraden Bandlauf bei einer Zwischentemperatur T, jedoch deutlich oberhalb der Raum- bzw. Umgebungstemperatur im Band einen Biegerichtvorgang bewirken.
Vorrichtung nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass sich an die Vorrichtung (5) eine weitere Vorrichtung anschließt, in welcher die Zwischentemperatur T unterschritten wird und die gegen das Band von beiden Seiten zugestellte Rollen (10) oder mit der Bandgeschwindigkeit synchronisierte Bänder aufweist, mit denen die weitere Abkühlung des Bandes erfolgt und mit denen das Band plan gehalten und/oder dessen Planität verbessert wird.