DE10326668A1 - Annealing device for continuously annealing metallic semi-finished products comprises a magnetic supporting and/or guiding unit for a semi-finished product arranged within an annealing path - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Glühvorrichtung zum kontinuierlichen Glühen von metallischem Halbzeug.The The invention relates to an annealing device for continuous annealing of metallic semi-finished product.
Die Ausscheidungsverfestigung von aushärtbaren Werkstoffen, wie beispielsweise den Kupferbasislegierungen aus den Systemen Cu-Cr, Cu-Zr, Cu-Be oder Cu-Ni-Si, kommt erst nach einer besonderen Wärmebehandlung zustande. Diese Wärmebehandlung umfasst im Wesentlichen drei Teilschritte: Ein Lösungs- bzw. Homogenisierungsglühen bei hohen Temperaturen, eine rasche Abkühlung auf Raumtemperatur und eine daran angeschlossene Auslagerungswärmebehandlung, auch Abschreckalterung genannt, bei mittleren Temperaturen.The Precipitation hardening of hardenable materials, such as the copper-based alloys from the systems Cu-Cr, Cu-Zr, Cu-Be or Cu-Ni-Si, comes only after a special heat treatment conditions. This heat treatment consists essentially of three sub-steps: A solution or homogenization annealing at high Temperatures, a quick cooling to room temperature and an associated aging heat treatment, also called quench aging, at medium temperatures.
Das Lösungsglühen muss bei Temperaturen oberhalb der Löslichkeitsgrenze des ausscheidungsbildenden Legierungselements durchgeführt werden. Bei aushärtbaren Kupferlegierungen liegen diese beispielsweise zwischen 950 °C und 1050 °C. Für eine Ausscheidung besonders effizient ist es, wenn eine Glühtemperatur dicht unter der Solidustemperatur des Werkstoffs realisiert werden kann.The Solution annealing must at temperatures above the solubility limit of the precipitation-forming alloying element. at curable Copper alloys, for example, lie between 950 ° C and 1050 ° C. For an excretion It is particularly efficient when an annealing temperature is close below the annealing temperature Solidus temperature of the material can be realized.
Unter diesen Bedingungen werden jedoch auch zwei metallphysikalische Vorgänge begünstigt, die einer einfachen technischen Realisierung von Glühanlagen zur Ho mogenisierung von aushärtbaren Legierungen im Wege stehen. Zum einen verlieren die Werkstoffe dramatisch an Festigkeit: Bei aushärtbaren Cu-Legierungen stellt man beispielsweise fest, dass die Zugfestigkeit, ausgehend von der Raumtemperatur, um einen Faktor von mehr als 50 abnehmen kann, wenn eine Wärmebehandlung bei ca. 1000 °C durchgeführt wird. Zum anderen begünstigen hohe Temperaturen Diffusionsvorgänge. Diese sind zwar gewünscht, da sie die Gefügehomogenisierung erst ermöglichen, auf der anderen Seite besteht jedoch die Gefahr, dass Halbzeugoberflächen durch Diffusionsverschweißen miteinander verbunden werden und verkleben.Under However, these conditions are favored also two metal physical processes, the a simple technical realization of annealing plants for Ho mogenisierung of hardenable alloys get in the way. On the one hand, the materials lose dramatically Strength: For hardenable Cu alloys, for example, it is found that the tensile strength, from room temperature, by a factor of more than 50 can lose weight when subjected to a heat treatment at about 1000 ° C carried out becomes. To favor others high temperatures diffusion processes. These are desired, because they have the texture homogenization first allow on the other hand, there is a risk that semi-finished surfaces by diffusion bonding be joined together and stick together.
Aus diesen Gründen kann eine Homogenisierung, beispielsweise von Drähten oder schmalen Bändern, die zu größeren Ringen oder Bündeln aufgewickelt oder aufgespult sind, mit manchen gängigen Verfahren nicht durchgeführt werden. Die unten liegenden Windungen würden sich bei den hohen Temperaturen unter dem Gewicht des darüber liegenden Materials verformen und einzelne Windungen würden miteinander verschweißen. Zudem läuft die Durchwärmung von großen Ringen ungleichmäßig ab: Randnahe Drahtwindungen erfahren Temperaturveränderungen vor den Windungen im Ringinneren. Das Ergebnis können Eigenschaftsschwankungen über die Aderlänge sein. Daher kommen Lösungsglühbehandlungen von Drahtringen in Kammer-, Topf- oder Haubenöfen nur bedingt in Frage.Out these reasons may be a homogenization, for example of wires or narrow bands, the to bigger rings or bundles wound or wound up, can not be performed with some common methods. The windings below would at the high temperatures under the weight of the overlying Deform material and individual turns would weld together. moreover is running? warming of big ones Wrestling unevenly: Near-edge wire turns experience temperature changes before the turns inside the ring. The result can Property fluctuations over the length of the wire be. Therefore, solution annealing treatments come of wire rings in chamber, pot or hood furnaces only partially in question.
Für die Glühbehandlung
besser geeignet sind Durchlauföfen.
Vorbekannt sind derartige Öfen aus
der Druckschrift
Des
Weiteren ist aus der Druckschrift
Die vorbekannten Lösungen üben auf dünnes Material im Bereich der Glühzone eine wesentliche mechanische Zugbeanspruchung aus. Im Extremfall bei hohen Temperaturen, die beim Lösungsglühen anzuwenden sind, kann es dazu führen, dass sich längere Drahtschlaufen bereits unter ihrem Eigengewicht deformieren oder sogar abreißen.The previously known solutions practice thin Material in the area of the annealing zone a significant mechanical tensile stress. In extreme cases at high temperatures that can be used in solution annealing, it can cause that is longer Straighten wire loops already under their own weight or even tear off.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Glühvorrichtung zum kontinuierlichen Glühen von metallischem Halbzeug für möglichst hohe Temperaturen nahe dem Schmelzpunkt des Halbzeugmaterials anzugeben.Of the Invention is therefore the object of an annealing device for continuous annealing of semi-finished metal for highest possible Temperatures near the melting point of the semifinished material indicate.
Die Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 wiedergegeben. Die weiteren Ansprüche 2 bis 9 geben vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung wieder.The Invention is represented by the features of claim 1. The other claims 2 to 9 give advantageous embodiments and further developments of the invention again.
Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass bei einer Glühvorrichtung zum kontinuierlichen Glühen von metallischem Halbzeug innerhalb einer Glühstrecke zumindest eine magnetische Abstütz- und Führungseinheit für das Halbzeug angeordnet ist. Insbesondere handelt es sich bei dem metallischen Halbzeug um Drähte, Profile und Bänder.The Invention includes the technical teaching that in an annealing device for continuous glow of metallic semi-finished product within an annealing line at least one magnetic Abstütz- and leadership unit for the Semi-finished product is arranged. In particular, it is the metallic Semi-finished products around wires, Profiles and ribbons.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass beispielsweise an einem Durchlaufofen ein Lösungsglühen von Drähten, Profilen oder auch schmalen Bändern bei hohen Temperaturen ermöglicht werden soll, ohne das Glühgut zu defor mieren oder zu beschädigen. Dabei sollten bis an die Solidustemperatur heranreichende Glühtemperaturen angestrebt werden, um Durchsatz und Produktivität zu steigern.The invention is based on the consideration that, for example, in a continuous furnace, a solution annealing of wires, profiles or even narrow bands at high temperatures to be made possible without the annealed material to defor or damage. It should be up to the Solidu temperature approaching annealing temperatures are sought in order to increase throughput and productivity.
Die Glühvorrichtung ist dazu mit einer magnetischen Abstütz- und Führungseinheit ausgestattet, die in der Glühstrecke zeitunabhängige Magnetfelder erzeugt. Das Halbzeug wird von einem Gleichstrom durchflossen, um eine Lorentzkraft zu erzeugen. Damit wird berührungslos eine Kraft auf das Halbzeug ausgeübt und dieses beim Glühvorgang geführt oder abgestützt.The annealing device is equipped with a magnetic support and guide unit, those in the annealing range time-independent Magnetic fields generated. The semifinished product is traversed by a direct current, to generate a Lorentz force. This is a contactless force on the semi-finished product exercised and this led during the annealing process or supported.
Die Glühtemperaturen können auf unterschiedliche Weise erzeugt werden. Im einfachsten Fall wird ausschließlich der zur Abstützung des Halbzeuges aufgeprägte Gleichstrom genutzt. Es ist jedoch bereits bei konduktiver Erwärmung vorteilhaft, die Oberfläche bzw. die oberflächennahe Randschicht des Drahtes zusätzlich zu erwärmen. Damit kann der Wärmeeintrag in der Glühstrecke gestaffelt oder verstärkt werden. Im einfachsten Fall sorgt eine Zusatzerwärmung dafür, dass die Aufheizrate und damit auch die Durchlaufgeschwindigkeiten erhöht werden kann. Die Zusatzerwärmung kann induktiv nach dem Wirbelstrom- oder Trafoprinzip erfolgen. Alternativ können von Außen einwirkende Wärmequellen, wie beispielsweise Laser, entlang der Glühstrecke angeordnet sein.The annealing temperatures can be generated in different ways. In the simplest case will be exclusively the for support imprinted on the semifinished product DC used. However, it is already advantageous in conductive heating, the surface or the near-surface Edge layer of the wire in addition to warm up. This allows the heat input in the annealing range staggered or reinforced become. In the simplest case, an additional heating ensures that the heating rate and thus also the throughput speeds can be increased. The additional heating can inductively according to the eddy current or transformer principle. alternative can from the outside acting heat sources, such as lasers, be arranged along the annealing section.
Hauptaufgabe der magnetischen Führung ist, die Gewichtskraft des Drahtes zu kompensieren. Dazu erzeugen von antiparallelen Strömen durchflossene Leiter oder Elektro- oder Dauermagnete senkrecht zum Vektor der Gleichstromdichte im Draht eine, zumindest bereichsweise, horizontal liegende und hinreichend große magnetische Flussdichte.The main task the magnetic guide is, to compensate for the weight of the wire. To do so, generate from anti-parallel currents through conductors or electric or permanent magnets perpendicular to Vector of direct current density in the wire one, at least in certain areas, horizontal and sufficiently large magnetic flux density.
Wenn eine entsprechende zusätzliche Erwärmung verwendet wird, benötigt man den Gleichstrom im Draht nur für die Erzeugung der Abstützkraft in den Magnetfel dern. Dies erlaubt eine einfache Regelung der Stützkraft und den Einsatz von Dauermagneten. In bevorzugter Ausführungsform kann dazu der Gleichstrom mittels einer elektrischen Kontakteinheit zumindest im Bereich der Glühstrecke erzeugt werden, so dass innerhalb der Glühstrecke das Halbzeugmaterial an jeder Stelle geführt oder gestützt werden kann. Ein Abstützen erfolgt bevorzugt an den Stellen, an denen sonst das Band oder der Draht unter seinem Eigengewicht durchhängen würde.If a corresponding additional warming used, needed you have the DC in the wire just for generating the support force in the magnetic fields. This allows a simple control of the supporting force and the use of permanent magnets. In a preferred embodiment this can be done by direct current by means of an electrical contact unit at least in the annealing range be generated, so that within the annealing the semi-finished material guided at every point or supported can be. A bracing takes place preferably at the places where else the tape or the wire sag under its own weight would.
Die magnetischen Stützstellen können dazu dienen, das Glühgut umzulenken, den Kontakt zwischen Draht und Kontaktrollen sicherzustellen oder den Draht bestimmten Orten in der Glühe zuzuführen, wie etwa einem Induktor oder einer Abschreckeinrichtung. Dazu sind vorteilhafterweise auf kleinem Raum Magnetfelder räumlich begrenzt aufeinander folgend angeordnet, so dass Stützstellen entstehen, an denen der Draht aufgehängt wird. Zwischen den Stützstellen befinden sich die Aggregate, denen das Halbzeug gezielt zugeführt werden muss. Alternativ kann ein Magnetfeld über die gesamte Glühstrecke ausgedehnt werden. Letzteres kommt insbesondere bei rein konduktiver Erwärmung in Betracht.The magnetic interpolation points can serve the annealed material to deflect, to ensure contact between wire and contact rollers or to supply the wire to specific locations in the annealer, such as an inductor or a quenching device. These are advantageously on small space magnetic fields spatially limited consecutively arranged, so that support points arise where the wire is hung. Between the support points are the units to which the semi-finished are selectively supplied got to. Alternatively, a magnetic field can be extended over the entire annealing distance become. The latter is especially in purely conductive heating in Consideration.
Vorteilhafterweise ist die magnetische Abstütz- und Führungseinheit so ausgebildet dass sich das Halbzeug mäanderförmig durch die Glühstrecke windet, wodurch der Raumbedarf der Glüheinrichtung minimiert wird. Dies kann bereits allein durch Anheben jeder zweiten Stützstelle in eine andere Ebene innerhalb der Glühzone erreicht werden.advantageously, is the magnetic support and leadership unit designed so that the semifinished product meanders through the annealing stretch, whereby the space requirement of the glow device is minimized. This can already be done by lifting every second support point be reached to another level within the annealing zone.
In bevorzugter Ausführungsform kann außerhalb der Glühstrecke eine Antriebseinheit die Bewegung des Halbzeuges über eine Regelung synchronisieren. Mit einer entsprechenden Regelung wird der Zweck verfolgt, die Krafteinleitung in Transportrichtung mit den Kräften der Abstütz- und Führungseinheit optimal aufeinander abzustimmen. Ein derart synchronisiertes Antriebsaggregat vor und hinter der Glüh strecke sorgt für die erwünschte gleichförmige Bewegung des Halbzeuges und verhindert zu jeder Zeit, dass ein Geschwindigkeitsgradient über die Drahtlänge entsteht.In preferred embodiment can outside the annealing range a drive unit, the movement of the semifinished product over a Synchronize control. With an appropriate regulation will the purpose pursued, the introduction of force in the transport direction with the forces the support and leadership unit optimally coordinated. Such a synchronized drive unit in front of and behind the glow path takes care of the desired one uniform Movement of the semifinished product and prevents at any time that a speed gradient over the wire length arises.
Vorteilhafterweise kann das Halbzeug in Form von einer Vielzahl parallel zueinander angeordneten Drähten und Bändern durch die Glühstrecke hindurchführbar sein. Bei der konkreten Ausgestaltung ist es zweckmäßig, die elektrische Kontaktierung über Rollen vorzunehmen, deren Umlaufgeschwindigkeit der Durchlaufgeschwindigkeit des bevorzugt drahtförmigen Halbzeuges entspricht. Alternativ können Kohlebürsten oder Schleif- und Abgreiferkontakte verwendet werden. Schließlich ist auch der Einsatz von sich wechselseitig öffnenden und schließenden Kontakten möglich, welche nach dem Prinzip einer Schlittenziehmaschine arbeiten.advantageously, the semi-finished product can be in the form of a plurality parallel to each other arranged wires and ribbons be passed through the annealing. In the concrete embodiment, it is expedient, the electrical contact via rollers whose rotational speed is the throughput speed of the preferably wire-shaped Semi-finished product corresponds. Alternatively, carbon brushes or grinding and tapping contacts be used. After all is also the use of mutually opening and closing contacts possible, which work on the principle of a carriage drawing machine.
Vorteilhafterweise ist am Ende der Glühstrecke eine Kühleinheit angeordnet. Die Kühleinheit sorgt dafür, dass das Halbzeug rasch auf Raumtemperatur abgekühlt und der lösungsgeglühte Zustand eingefroren wird. Im weiteren Prozessverlauf nach dem Abkühlen sind außerhalb der Glühzone weitere Abstütz- und Führungseinheiten nicht unbedingt erforderlich, können jedoch gegebenenfalls dennoch sinnvoll sein.advantageously, is at the end of the annealing range a cooling unit arranged. The cooling unit provides for this, that the semifinished product is cooled rapidly to room temperature and the solution-annealed state is frozen becomes. In the further process after cooling are outside the annealing zone additional support and leadership units not necessarily required However, if necessary, nevertheless be useful.
Vorteilhafterweise ist die gesamte heiße Zone der Glühstrecke von einem mit Inertgas befüllten Gehäuse umgeben. So kann eine Verzunderung des Halbzeuges vermieden werden.advantageously, is the entire hot zone the annealing range from an inert gas filled casing surround. Thus, scaling of the semifinished product can be avoided.
Beim Verfahren zum Glühen eines Halbzeuges wird innerhalb der Glühstrecke das Halbzeug zumindest im Bereich der magnetischen Abstütz- und Führungseinrichtung von einem Gleichstrom durchflossen.In the process for annealing a Halbzeu The semifinished product flows through a direct current within the annealing gap, at least in the region of the magnetic support and guide device.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass ein Lösungsglühen von Drähten, Profilen und Bändern bei vergleichsweise hohen Tempe raturen ermöglicht und dabei das Glühgut weder deformiert noch beschädigt wird. Die Kinetik des Lösungsglühprozesses wird durch die höhere Temperatur entsprechend beschleunigt, so dass durch einen erhöhten Materialdurchsatz die Produktivität des Gesamtprozesses enorm gesteigert wird.The particular advantages of the invention are that a solution annealing of wires Profiles and ribbons at comparatively high temperatures Tempe allows while the annealed neither deformed yet damaged becomes. The kinetics of the solution annealing process gets through the higher Accelerated temperature accordingly, so that through an increased material throughput the productivity of the overall process is increased enormously.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die magnetische Abstütz- und Führungseinheit durch eine gezielte Schlaufenbildung beispielsweise die Länge eines Drahtes in der Glühzone bei entsprechender Platzeinsparung größer wird. Somit kann auch die Baugröße der Anlage reduziert werden.One Another advantage is that by the magnetic support and Guide unit for example, the length of one by a specific loop formation Wire in the annealing zone becomes larger with appropriate space saving. Thus, also the Size of the plant be reduced.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert.embodiments The invention will be explained in more detail with reference to a schematic drawing.
Darin zeigen:In this demonstrate:
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.each other corresponding parts are in all figures with the same reference numerals Mistake.
Die
als Horizontalofen ausgelegte Glühvorrichtung
Die
Antriebsrollen der Antriebseinheit
Die
eigentliche Glühstrecke
GS entspricht der Länge
des Drahtes zwischen der vorderen Kontaktrolle der Kontakteinheit
Der
Abstand KA zwischen der vorderen Rolle der Antriebseinheit und der
ersten Kontaktrolle der Kontakteinheit
Nach
der ersten Kontaktrolle werden zwei Zylinderspulen einer induktiven
Heizung
Das
Abschrecken am Ende der Glühstrecke GS
erfolgt entweder mit einer gekühlten
metallischen Trommel, die sogar als hintere Kontaktrolle fungieren kann,
oder mit einem gasförmigen
oder flüssigen
Medium, das den Draht umspült.
Die einfachste Ausführung
besteht darin, den Draht durch ein Becken mit einer ausreichend
großen
Menge ruhender Kühlflüssigkeit
zu leiten. Danach durchläuft
der Draht einen Abstreifer oder ein als Trocknungseinheit
Über den
beiden magnetischen Stützstellen sind
zwei Pyrometer
Der
abgeschlossene Ofenraum wird von einem Schutzgas durchströmt, das über eine
Inertgaszuführung
Bei Bedarf kann die Anlage für das gleichzeitige Lösungsglühen mehrerer Drähte ausgelegt werden, die parallel durch den Ofen geführt werden. Dazu werden die Antriebs- und Kontaktrollen vervielfältigt oder verbreitert. Die magnetische Abstützung der einzelnen Adern erfolgt zweckmäßigerweise über separate Magnete.at The system can be used for the simultaneous solution annealing of several wires be designed, which are passed through the oven in parallel. To The drive and contact rollers are duplicated or widened. The magnetic support of the single cores expediently takes place via separate Magnets.
Die
schematische Darstellung der Magnetfeldanordnung gemäß
Ein seitliches
Ausscheren des Drahtes kann durch zwei Leiterdrähte verhindert werden. Diese
befinden sich auf gleicher Höhe
wie der zu glühende
Draht und werden durch einen antiparallelen Gleichstrom durchflossen
(
Mehrere,
auf relativ kleinem Raum begrenzte Magnetfelder werden hintereinander
angeordnet und alternierend um einen kleinen Winkelbetrag in positiver oder
negativer Richtung aus der Horizontalen verkippt. Aus Gewichts-
und Magnetkraft resultiert eine kleine Kraft auf den Draht, die
schräg
nach unten weist. Damit bewegt sich der Draht schlangenförmig durch
die so aufgereihten Magnetfelder, wobei dennoch eine horizontale
Abwanderung verhindert ist (
Räumlich inhomogene,
beispielsweise U-förmig
verbogene Magnetfelder stabilisieren ebenfalls die Bewegung des
Drahtes. Derartige Felder können
durch bestimmte Magnet- bzw. Polgeometrien erzeugt werden (
A lateral shearing of the wire can be prevented by two conductor wires. These are located at the same height as the wire to be heated and are traversed by an anti-parallel direct current (
Several, limited in a relatively small space magnetic fields are arranged one behind the other and alternately tilted by a small angle in the positive or negative direction from the horizontal. From weight and magnetic force results in a small force on the wire, which points diagonally downwards. Thus, the wire moves serpentine through the arrayed magnetic fields, yet a horizontal migration is prevented (
Spatially inhomogeneous, for example, U-shaped bent magnetic fields also stabilize the movement of the wire. Such fields can be generated by specific magnet or pole geometries (
- 11
- Glühvorrichtungannealing device
- 22
- metallisches Halbzeugmetallic Workpiece
- 33
- magnetische Abstütz- und Führungseinheitmagnetic Abstütz- and leadership unit
- 44
- Antriebseinheitdrive unit
- 55
- Kontakteinheit (mit Kontaktrolle und Stützrolle)Contact unit (with contact roller and support roller)
- 66
- Induktive Heizung (Wirbelstrom)inductive Heating (eddy current)
- 77
- Kühleinheit (Flüssigkeitskühlung)cooling unit (Fluid cooling)
- 88th
- Trocknungseinheitdrying unit
- 99
- Pyrometerpyrometer
- 1010
- Ofengehäusefurnace housing
- 1111
- SiphonschleuseSiphonschleuse
- 1212
- Inertgaszuführunginert gas
- 1313
- InertgasableitungInertgasableitung
- GSGS
- Glühstreckeannealing
- KAKA
- Abstand Kontaktrolle – Antriebdistance Contact roller - drive
- TRTR
- Transportrichtung des Halbzeugestransport direction of the semifinished product
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|---|---|---|---|
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-
2003
- 2003-06-13 DE DE10326668A patent/DE10326668B4/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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