Die thermische Behandlung des Gussgefüges von Barren aus NE-Metall, wie Al-Legierungen od. dgl. ist bekannt und wird in der Fachsprache als Barrenhochglühung bezeichnet, da sie in der Regel bei Temperaturen in der Nähe der Solidustemperatur durchgeführt wird, beispielsweise im Temperaturbereich zwischen 500 und 6200C bei Aluminiumlegierungen.
Die thermische Behandlung dient der Vorbereitung der Barren zur Weiterverarbeitung derselben durch Pressen oder Walzen.
Die Anforderungen an eine gute, d. h. zweckdienliche Hochglühung zur metallurgischen Veränderung des Gussgefüges von NE-Metall richten sich nach der angestrebten Qualität des Endproduktes und der anschliessenden, möglichst wirtschaftlichen Verarbeitbarkeit der Werkstoffe.
So vielfältig die Werkstoffe selbst, ihre Qualitätsunterschiede und die Stufen ihrer Verarbeitung sind, so unterschiedlich sind auch die Anforderungen an die richtige Barrenhochglühung, die normalerweise aus drei Abschnitten, nämlich der Anwärm-, Halte- und Abkühlperiode besteht. Sämtliche Abschnitte werden bestimmt durch Temperatur und Zeit , so dass sich durch Veränderung dieser Grössen ein bestimmter gewünschter Temperatur-Zeitverlauf zur Erzielung des optimalen Hochglüheffektes einstellen lässt. Sofern die Möglichkeit besteht, die Barren direkt aus der Hochglühwärme heraus weiterzuverarbeiten, entfällt natürlich die Abkühlperiode ganz oder teilweise.
Bei dem bekannten Barrenhochglühverfahren werden mehrere Barren zu einer der Grösse des jeweiligen Ofens entsprechenden Charge zusammengestellt. Bei dem zur Verwendung gelangenden Ofen handelt es sich in der Regel um einen Kammer- oder Schachtofen mit Zwangsumwälzung der Ofenatmosphäre. In einem solchen Ofen erfolgt zunnächst ein Aufheizen der Barren auf Hochglühtemperatur und alsdann ein Halten bei dieser Temperatur über eine bestimmte Zeitdauer. Dieses bekannte und allgemein angewandte Verfahren zur thermischen Behandlung von NE-Metall weist erhebliche Mängel auf. So dauert die Aufheizung der Charge mit umgewälzter Luft oder Rauchgas, deren Temperatur gleich der Hochglühtemperatur ist oder geringfügig darüber liegt, sehr lange, da die Temperaturdifferenz und die zur Wärmeübertragung vorhandene Oberfläche klein sind.
Die ungünstig in der Charge angeordneten Barren erreichen die Hochglühtemperatur erklärlicherweise sehr viel später als die äusseren und damit günstiger positionierten Barren. Da jedoch alle Barren eine bestimmte Mindestzeit auf Hochglühtemperatur gehalten werden müssen, betragen die in der Praxis angewandten Ofen zeiten beim Hochglühen von beispielsweise Rundbarren aus Al-Legierungen je nach deren Durchmesser 12 bis 20 Stunden. Als eigentliche Haltezeit sind jedoch nur eine halbe bis drei Stunden erforderlich.
Bei dem herkömmlichen Barrenhochglühverfahren erfolgt die sich an die Haltezeit anschliessende Abkühlung der Barren (die immer dann erforderlich ist, wenn die Barren nicht sogleich der Weiterverarbeitung unterliegen) wiederum chargenweise, entweder im gleichen Ofen, in einer besonderen Kühlkammer oder freistehend. Bei der Abkühlung der Barren - mit Ausnahme der Ofenabkühlung - ergeben sich ähnliche Nachteile und Verhältnisse wie beim Aufheizen: Die Abkühlgeschwindigkeit ist bei den einzelnen Barren unterschiedlich, je nach ihrer Anordnung innerhalb der Charge. Ausserdem entstehen bei schroffer Abkühlung mit Luft und Wasser oder durch Eintauchen in ein Wasserbad Verkrümmungen bei langgestreckten Barren, weil es eben nicht möglich ist, die chargenweise Abkühlung bei allen Barren genügend gleichmässig durchzuführen.
Schliesslich ist es bei den bekannten Verfahren wenig vorteilhaft, dass die Arbeitsweise bei der Glühung in Chargen ungünstige Voraussetzungen für einen wirtschaftlichen Materialfluss der gesamten Fertigung von Press- und Walzbarren schafft, weil bei den der Hochglühung vor- und nachgeschalteten Arbeitsgängen die Barren gleichmässig in wesentlich kleineren Losen und einzeln gehandhabt werden.
Insgesamt besitzt das herkömmliche Verfahren zur thermischen Behandlung von NE-Metall folgende Nachteile: Unterschiedliche metallurgische Behandlung der einzelnen Barren, nach oben verhältnismässig eng begrenzte Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeit, lange Ofenzeit, Verkrümmung und Oberflächenschäden, kostspielige Handhabung der Barren, ungünstige Voraussetzung für einen wirtschaftlichen Materialfluss. Darüber hinaus ist das Herrichten der sorgfältig aufzubauenden Chargen aufwendig. Es treten ferner häufig Beschädigungen der Barrenoberfläche an den Auflagestellen auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum kontinuierlichen Hochglühen von Barren aus NE-Metall, insbesondere von Aluminium- und/oder Magnesiumlegierungen anzugeben, welches ermöglicht, dass erstens der gewünschte spezielle Temperatur-Zeitverlauf bei allen gleich zu behandelnden Barren gleich ist und zweitens, dass der Temperatur-Zeitverlauf in weiten Grenzen variiert werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt ausgehend von einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch, dass die Barren einzeln in einer ersten Einrichtung mittels direkter Flammenbeaufschlagung des Anwärmgutes angewärmt und anschliessend in einer zweiten Einrichtung mittels bewegter Heissluft bzw. Heissgas auf die gewünschte Endtemperatur gebracht und gehalten werden. Durch diese erfindungsgemässe Massnahme wird jeder einzelne Barren mit der gleichen Geschwindigkeit auf die gewünschte Temperatur aufgeheizt.
Die Aufheizzeit beträgt dabei beispielsweise 10 bis 30 Minuten bei Aluminium und 500 bis 570ob Endtemperatur, je nach Barrendurchmesser. Die angewärmten Barren werden anschliessend in einem elektrisch- oder brennstoffbeheizten Durchlaufofen mit Zwangsumwälzung der Ofenatmosphäre erforderlichenfalls auf die genaue Hochglühtemperatur nacherwärmt und dann für die gewünschte Zeitdauer auf Temperatur gehalten.
Anwärmofen oder -öfen und Warmhalteofen arbeiten im gleichen Takt. Die Barren werden zweckmässigerweise einzeln beschickt und entnommen, so dass bei gleichen Temperaturen und gleicher Blockfolgezeit alle Barren die gleiche thermische Behandlung erfahren.
Zur Verbesserung der Anwärmbedingungen und zur Erzielung eines Richteffektes bei langgestreckten Barren kann erfindungsgemäss vorgesehen sein, dass die Barren während ihres Durchlauftransportes durch die zweite, die Barren auf ihrer Endtemperatur haltende Einrichtung, um ihre Längsachse gedreht werden.
Erfindungsgemäss können zur Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades der Anlage die Abgase der Anwärm öfen zur Vorwärmung der Barren und/oder zur Beheizung des Warmhalteofens verwendet werden.
Nach einem weiteren Verfahrensmerkmal der Erfindung ist ferner vorgesehen, dass die Barren von ihrer Endtemperatur in einer weiteren, vorzugsweise Durchlaufeinrichtung einzeln nacheinander auf eine Weiterverarbeitungs-Temperatur abgekühlt werden. Dabei empfiehlt es sich, die Barren, während der Abkühlung mit Wasser oder mit Wasser/Luft, um ihre Längsachse zu drehen, wodurch vermieden wird, dass sich die Barren während des Abkühlungsprozesses verziehen. Die Abkühlung im Durchlauf ermöglicht erforderlichenfalls eine sehr schroffe Abkühlung und gewährleistet eine gleichmässige Abkühlbehandlung aller Barren.
In Ergänzung der Arbeitsfolge kann vorgesehen sein, dass der Hochglühbehandlung der Barren ein Arbeitsgang zur Reinigung der Barrenoberfläche folgt, der mit dem Abkühlvorgang kombiniert sein kann. Selbstverständlich können auch weitere Einrichtungen, z. B. in Form selbsttätig arbeitender Qualitätskontrollen, einer Säge oder Schere zum Einteilen oder Schopfen der Barren, eine Strangpresse, ein Walzwerk od. dgl. vorgesehen werden.
Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Einrichtung vorgeschlagen, die gekennzeichnet ist durch a) zumindest einen Anwärmofen mit darin eingebauten Brennern, deren Flammen das zu erwärmende Gut unmittelbar beaufschlagen, b) einen elektrisch- oder brennstoffbeheizten Durchlaufwarmhalteofen mit Zwangsumwälzung der Ofenatmosphäre, c) einer dem Durchlaufwarmhalteofen nachgeschalteten Kühlstation mit vornehmlich Wasserkühlung und d) durch in der Kühlstation vorgesehene Mittel zur Drehung der Barren um ihre Längsachse. Es können also pro Durchlaufwarmhalteofen nach Bedarf ein oder mehrere Anwärmeöfen vorgesehen sein.
Gemäss einer Ausführungsart sind die Mittel zur Drehung der Barren um ihre Längsachse Rollenpaare, von denen jeweils eine Rolle angetrieben wird. Zur Säuberung der Barren können erfindungsgemäss rotierende Bürsten dienen.
Die Verfahrenart und die Einrichtung nach der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen kurz erläutert.
Die Zeichnung zeigt in rein schematischer Darstellungsmanier ein mit Barren 1 gefülltes Magazin 2, von wo die Barren mittels üblicher Transportmittel in die Anwärmöfen 3 befördert werden. Die Anwärmöfen 3 sind mit Brennerreihen ausgerüstet und die sich in den Öfen 3 befindlichen Einzelbarren (es können auch mehrere in Längsrichtung hintereinander liegende Barren in die Öfen eingeschoben sein) werden somit unmittelbar von den Flammen beaufschlagt. Als Anwärmöfen sind vorzugsweise solche der durch die DT-OS 1 807 504 bekanntgewordenen Art vorgesehen. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel sind für den Warmhalteofen 4 zwei Anwärmeöfen 3 vorgesehen.
Nach dem Aufheizen der Barren 1 auf Hochglühtemperatur oder etwas darunter, werden sie einzeln hintereinander dem Warmhalteofen 4 zugeführt. Diese ist als Durchlaufofen ausgebildet und arbeitet mit bewegter Heissluft bzw. Heissgas und ist so ausgelegt, dass er erforderlichenfalls die noch nicht erreichte Hochglühtemperatur der Barren 2 vervollständigt und dann diese Temperatur über einen vorbestimmten Zeitraum aufrechterhält.
Innerhalb des Ofens 4 sind Mittel vorgesehen, die die Barren um ihre Längsachse drehen, so dass diese sich infolge ihres Eigengewichts und ihres durch die Glühtemperatur gegebenen plastisch verformbaren Zustandes selbsttätig richten.
Sofern die Möglichkeit gegeben ist, werden die aus dem Ofen 4 heraustretenden Barren 1 mittels geeigneter Transportglieder unmittelbar einer Weiterverarbeitungsvorrichtung 5 (Presse, Walzwerke od. dgl.) zugeführt. Anderenfalls gelangen sie in eine Kühlstation 6, die vorzugsweise eine Durchlaufstation ist und Mittel zur Drehung der Barren 1 um ihre Längsachse aufweist. Durch die beim Kühlvorgang erfolgende Rotation der Barren wird eine unbedingt gleichmässige Kühlwirkung erzielt und damit gleichzeitig erreicht, dass sich die Barren nicht verziehen.
Von der Kühlstation 6 gelangen die Barren 1 in ein Magazin 7, um von dort aus der Weiterverarbeitung am anderen Ort zugeführt zu werden.
Da die gesamte Anlage kontinuierlich arbeitet, ergibt sich ein günstiger Materialfluss. Aufwand zum Handhaben der Barren vor, hinter und zwischen den Verarbeitungsstufen, wie er beim konventionellen Verfahren erforderlich ist, entfällt.
Da die Barren einzeln transportiert und behandelt werden, werden Oberflächenbeschädigungen vermieden, wie sie durch die Gewichtsbelastung bei den unteren Barren durch die dar über befindliche Charge bei chargenweisem Hochglühen entstehen.
PATENTANSPRUCH 1
Verfahren zum kontinuierlichen Hochglühen von Barren aus Nichteisen-Metall, insbesondere von Aluminium- und/ oder Magnesiumlegierungen, dadurch gekennzeichnet, dass die Barren einzeln in einer ersten Einrichtung mittels direkter Flammenbeaufschlagung des Anwärmgutes und anschliessend in einer zweiten Einrichtung mittels bewegter Heissluft bzw.
Heissgas auf die gewünschte Endtemperatur gebracht und gehalten werden.
UNTERANSPRÜCHE
1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Barren während ihres Durchlauftransportes durch die zweite, die Barren auf ihrer Endtemperatur haltenden Einrichtung um ihre Längsachse gedreht werden.
2. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Barren von ihrer Endtemperatur in einer weiteren Einrichtung einzeln nacheinander auf eine Weiterverarbeitungstemperatur abgekühlt werden.
3. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Barren während der Abkühlung mit Wasser oder mit Wasser/Luft um ihre Längsachse gedreht werden.
4. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteransprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochglühbehandlung der Barren ein Arbeitsgang zur Reinigung der Barrenoberfläche folgt, der mit dem Abkühlvorgang kombiniert sein kann.
PATENTANSPRUCH II
Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch a) zumindest einen Anwärmofen (3) mit darin eingebauten Brennern, deren Flammen das zu erwärmende Gut (1) unmittelbar beaufschlagen, b) einen elektrisch- oder brennstoffbeheizten Durchlaufwarmhalteofen (4) mit Zwangsumwälzung der Ofenatmosphäre, c) einer dem Durchlaufwarmhalteofen (4) nachgeschalteten Kühlstation (6) und d) durch in der Kühlstation (6) vorgesehene Mittel zur Drehung der Barren (1) um ihre Längsachse.
UNTERANSPRÜCHE
5. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekenn zeichnet, dass die Kühlstation (6) mit einer Wasserkühlung ausgerüstet ist.
6. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Drehung der Barren (1) um ihre Längsachse aus Rollenpaaren bestehen, wobei jeweils mindestens eine Rolle angetrieben wird.
7. Einrichtung nach Patentanspruch II und zur Durchführung des Verfahrens nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit rotierenden Bürsten ausgerüstet ist.
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The thermal treatment of the cast structure of bars made of non-ferrous metal, such as Al alloys or the like, is known and is referred to in technical terms as bar annealing, since it is usually carried out at temperatures close to the solidus temperature, for example in the temperature range between 500 and 6200C for aluminum alloys.
The thermal treatment is used to prepare the bars for further processing by pressing or rolling.
The requirements for a good, i. H. Appropriate high annealing for the metallurgical change of the cast structure of non-ferrous metal is based on the desired quality of the end product and the subsequent, as economical as possible, processability of the materials.
As diverse as the materials themselves, their differences in quality and the stages of their processing, so are the requirements for the correct annealing for the billet, which normally consists of three sections, namely the heating, holding and cooling periods. All sections are determined by temperature and time, so that by changing these parameters a certain desired temperature-time curve can be set in order to achieve the optimal glowing effect. If it is possible to further process the bars directly from the glowing heat, the cooling period is of course completely or partially omitted.
In the known ingot annealing process, several ingots are put together to form a batch corresponding to the size of the respective furnace. The furnace used is usually a chamber or shaft furnace with forced circulation of the furnace atmosphere. In such a furnace, the bars are first heated to the high annealing temperature and then held at this temperature for a certain period of time. This known and generally used method for the thermal treatment of non-ferrous metal has considerable shortcomings. For example, it takes a very long time to heat the charge with circulated air or flue gas, the temperature of which is equal to or slightly higher than the annealing temperature, since the temperature difference and the surface area available for heat transfer are small.
The bars that are unfavorably arranged in the charge reach the annealing temperature, understandably, much later than the outer and therefore more favorably positioned bars. However, since all bars must be kept at the annealing temperature for a certain minimum time, the furnace times used in practice for annealing, for example, round bars made of aluminum alloys, are 12 to 20 hours, depending on their diameter. The actual holding time, however, is only half an hour to three hours.
In the conventional bar annealing process, the cooling of the bars following the holding time (which is always necessary when the bars are not immediately subject to further processing) is again carried out in batches, either in the same furnace, in a special cooling chamber or free-standing. When the bars are cooled - with the exception of the furnace cooling - there are similar disadvantages and conditions as with heating: The cooling rate is different for the individual bars, depending on their arrangement within the batch. In addition, when the bars are cooled down abruptly with air and water or by immersion in a water bath, elongated bars become curved, because it is not possible to carry out the batch-wise cooling of all bars sufficiently evenly.
Finally, with the known processes, it is not very advantageous that the method of annealing in batches creates unfavorable conditions for an economical material flow for the entire production of press and rolled billets, because in the operations upstream and downstream of the high annealing the billets are evenly made in significantly smaller sizes To be handled in bulk and individually.
Overall, the conventional process for the thermal treatment of non-ferrous metal has the following disadvantages: Different metallurgical treatment of the individual bars, relatively narrow upper heating and cooling speeds, long furnace times, warping and surface damage, expensive handling of the bars, unfavorable prerequisites for an economical material flow . In addition, the preparation of the batches to be carefully built up is time-consuming. Furthermore, damage to the bar surface at the support points often occurs.
The invention is based on the object of specifying a method for the continuous high-annealing of bars made of non-ferrous metal, in particular aluminum and / or magnesium alloys, which enables firstly the desired specific temperature-time curve to be the same for all the same bars to be treated and secondly that the temperature-time course can be varied within wide limits.
The solution to this problem is based on a method of the type mentioned at the outset in that the bars are individually heated in a first device by means of direct flame application of the material to be heated and then brought to the desired final temperature and held in a second device by moving hot air or hot gas. With this measure according to the invention, each individual ingot is heated to the desired temperature at the same speed.
The heating time is, for example, 10 to 30 minutes for aluminum and 500 to 570ob final temperature, depending on the ingot diameter. The heated bars are then heated to the exact high annealing temperature in an electrically or fuel-heated continuous furnace with forced circulation of the furnace atmosphere, if necessary, and then kept at the temperature for the desired period of time.
Heating furnace or furnaces and holding furnace work in the same cycle. The bars are expediently loaded and removed individually so that all bars undergo the same thermal treatment at the same temperatures and the same block sequence time.
To improve the heating conditions and to achieve a straightening effect in elongated bars, the invention can provide that the bars are rotated about their longitudinal axis while they are being transported through the second device that maintains the bars at their final temperature.
According to the invention, in order to improve the thermal efficiency of the system, the exhaust gases from the heating ovens can be used to preheat the bars and / or to heat the holding oven.
According to a further method feature of the invention, it is also provided that the bars are cooled from their final temperature in a further, preferably continuous device, one after the other to a further processing temperature. It is advisable to turn the bars around their longitudinal axis during the cooling process with water or with water / air, which prevents the bars from warping during the cooling process. The cooling in the run enables a very abrupt cooling if necessary and ensures a uniform cooling treatment of all bars.
In addition to the work sequence, it can be provided that the high-annealing treatment of the bars is followed by a work step for cleaning the bar surface, which can be combined with the cooling process. Of course, other facilities, such. B. in the form of automatically working quality controls, a saw or scissors for dividing or cropping the bars, an extruder, a rolling mill or the like.
To carry out the method, a device is proposed which is characterized by a) at least one heating furnace with built-in burners, the flames of which directly act on the material to be heated, b) an electrically or fuel-heated continuous heating furnace with forced circulation of the furnace atmosphere, c) one of the continuous heating furnace downstream cooling station with primarily water cooling and d) by means provided in the cooling station for rotating the bars about their longitudinal axis. One or more heating ovens can therefore be provided for each continuous heating oven as required.
According to one embodiment, the means for rotating the bars about their longitudinal axis are pairs of rollers, each of which drives one roller. According to the invention, rotating brushes can be used to clean the bars.
The type of method and the device according to the invention are briefly explained below with reference to the drawings.
The drawing shows, in a purely schematic manner, a magazine 2 filled with bars 1, from where the bars are conveyed into the heating furnaces 3 by conventional means of transport. The heating furnaces 3 are equipped with rows of burners and the individual bars located in the furnaces 3 (several bars lying one behind the other in the longitudinal direction can also be inserted into the furnace) are thus directly exposed to the flames. The heating ovens of the type made known by DT-OS 1 807 504 are preferably provided. In the embodiment described, two heating ovens 3 are provided for the holding oven 4.
After the bars 1 have been heated to the annealing temperature or slightly below, they are fed to the holding furnace 4 one at a time. This is designed as a continuous furnace and works with moving hot air or hot gas and is designed in such a way that it completes the not yet reached high annealing temperature of the bars 2 and then maintains this temperature for a predetermined period of time.
Means are provided within the furnace 4 which rotate the bars about their longitudinal axis so that they are automatically straightened due to their own weight and their plastically deformable state given by the annealing temperature.
If the possibility exists, the bars 1 emerging from the furnace 4 are fed directly to a further processing device 5 (press, rolling mills or the like) by means of suitable transport members. Otherwise, they reach a cooling station 6, which is preferably a pass-through station and has means for rotating the bars 1 about their longitudinal axis. The rotation of the bars during the cooling process results in an absolutely uniform cooling effect and at the same time ensures that the bars do not warp.
The bars 1 pass from the cooling station 6 into a magazine 7 in order to be fed from there for further processing at another location.
Since the entire system works continuously, there is a favorable material flow. There is no need to handle the bars before, after and between the processing stages, as is required in the conventional process.
Since the bars are transported and treated individually, surface damage is avoided, such as that caused by the weight load on the lower bars from the charge above during high-annealing in batches.
PATENT CLAIM 1
Process for the continuous annealing of bars made of non-ferrous metal, in particular aluminum and / or magnesium alloys, characterized in that the bars are individually in a first device by means of direct flame exposure of the material to be heated and then in a second device by means of moving hot air or
Hot gas can be brought to the desired end temperature and maintained.
SUBCLAIMS
1. The method according to claim I, characterized in that the bars are rotated about their longitudinal axis while they are being transported through the second device which maintains the bars at their final temperature.
2. The method according to claim I and dependent claim 1, characterized in that the bars are cooled from their final temperature in a further device one after the other to a further processing temperature.
3. The method according to claim 1 and sub-claims 1 to 2, characterized in that the bars are rotated about their longitudinal axis during cooling with water or with water / air.
4. The method according to claim 1 and dependent claims 1 to 2, characterized in that the high-annealing treatment of the bars is followed by an operation for cleaning the bar surface, which can be combined with the cooling process.
PATENT CLAIM II
Device for carrying out the method according to claim 1, characterized by a) at least one heating furnace (3) with burners built into it, the flames of which act directly on the material (1) to be heated, b) an electrically or fuel-heated continuous heating furnace (4) with forced circulation Furnace atmosphere, c) a cooling station (6) downstream of the continuous heating furnace (4) and d) by means provided in the cooling station (6) for rotating the bars (1) about their longitudinal axis.
SUBCLAIMS
5. Device according to claim II, characterized in that the cooling station (6) is equipped with water cooling.
6. Device according to claim II, characterized in that the means for rotating the bars (1) about their longitudinal axis consist of pairs of rollers, at least one roller being driven in each case.
7. Device according to claim II and for carrying out the method according to dependent claim 4, characterized in that it is equipped with rotating brushes.
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