DE1044303B - Process for the progressive heating of ferritic sheets and induction coil to carry out the process - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zum fortschreitenden induktiven Erwärmen von ferritischen Blechen, und zwar vornehmlich in der Form von Bändern.The invention is concerned with a method for progressive inductive heating of ferritic sheets, mainly in the form of strips.

Das induktive Erwärmen von Blechen und Bändern erfordert bekanntlich dann besondere Maßnahmen, wenn es sich darum handelt, Bleche oder Bänder mit geringer Stärke zu erwärmen, und zwar vornehmlich, wenn es sich um Stärken von 0,5 mm und weniger, beispielsweise 0,10 bis 0,35 mm handelt. Das Erwärmen von Blechen und Bändern kann aus den verschiedensten Gründen notwendig sein; von ganz besonderer Bedeutung ist diese Maßnahme aber bei der Herstellung von verzinnten Blechen und Bändern. Die Bänder (unter diesem Ausdruck sollen im Nachfolgenden auch Bleche verstanden werden) werden galvanisch verzinnt, und die so aufgebrachte Zinnschicht muß anschließend aufgeschmolzen werden. Hierzu sind Temperaturen notwendig, die unter 500° C liegen, und zwar insbesondere zwischen 200 und 300° C betragen. Sehr wesentlicht ist hierbei, daß die niedergeschmolzene Zinnschicht bis zu dem Augenblick ihrer Erhärtung nicht mit irgendwelchen Teilen in Berührung gerät, weil sonst eine einwandfreie, glänzende Zinnoberfläche nicht gewährleistet ist.As is well known, the inductive heating of sheets and strips requires special measures, when it comes to heating sheets or strips of low thickness, primarily, if it is a thickness of 0.5 mm and less, for example 0.10 to 0.35 mm. The warming of sheets and strips can be necessary for a variety of reasons; very special However, this measure is important in the manufacture of tin-plated sheets and strips. The bands (In the following, this term should also be understood to mean sheets) are galvanically tinned, and the tin layer applied in this way must then be melted. For this are temperatures necessary, which are below 500 ° C, in particular between 200 and 300 ° C. Very essential is here that the melted tin layer does not up to the moment of its hardening comes into contact with any parts, otherwise a flawless, shiny tin surface is not guaranteed.

Schon frühzeitig ist der Vorschlag gemacht worden, die Bänder zum Zwecke des Zinnaufschmelzens induktiv zu erwärmen. Dabei wird das Band durch Induktionsspulen hindurchgeführt, die das Band umfassen. Mit Rücksicht auf die zwischen 0,10 und 0,35 mm liegenden Bandstärken ist bisher praktisch ausschließlich unter Anwendung hochfrequenter Ströme gearbeitet worden. Da das Band in Achsrichtung der Spulen durch den Induktor hindurchläuft, durchsetzt das magnetische Feld das Band in Vorschubrichtung und erzeugt einen Wirbelstrom, der über den Umfang des Bandes fließt. Auf Grund der bekannten Formeln über die Eindringtiefe der Ströme und unter Berücksichtigung der Werkstoffstärken haben sich für dieses Verfahren Frequenzen in der Größenordnung von 100 000 Hz und höher als notwendig erwiesen. Es ist also erforderlich, Röhrengeneratoren anzuwenden. Wenn die Bandgeschwindigkeit während des Aufheizvorganges sehr groß ist, müssen diese Röhrengeneratoren, um den Produktionsbedingungen entsprechen zu können, mit einer Ausgangsleistung von 500 kW und mehr ausgelegt sein. Solche Generatoren herzustellen, bereitet bekanntlich erhebliche Schwierigkeiten, und außerdem sind derartige Anlagen schwierig zu warten und störanfällig.The suggestion was made early on that the strips should be inductive for the purpose of melting the tin to warm up. The tape is passed through induction coils that enclose the tape. With regard to the band thicknesses between 0.10 and 0.35 mm, it has so far been practically exclusive been worked using high-frequency currents. Because the tape is in the axial direction of the coils passes through the inductor, the magnetic field penetrates the tape in the feed direction and creates an eddy current that flows around the circumference of the belt. Based on the well-known formulas about the depth of penetration of the currents and taking into account the material thicknesses have been chosen for this Procedure frequencies on the order of 100,000 Hz and higher have been shown to be necessary. It is therefore necessary to use tube generators. If the belt speed during the heating process is very large, these tube generators have to match the production conditions can be designed with an output power of 500 kW and more. To manufacture such generators, is known to cause considerable difficulties and, in addition, such systems are difficult to maintain and prone to failure.

Es ist daher auch schon vorgeschlagen worden, mit niedrigeren Frequenzen, z. B. mit Netzfrequenz oder Mittelfrequenz zu arbeiten. Um bei diesen Frequenzen jedoch überhaupt eine Erwärmung der dünnenIt has therefore already been proposed to use lower frequencies, e.g. B. with mains frequency or Medium frequency to work. In order to warm up the thin ones at all at these frequencies

von ferritischen Blechenof ferritic sheets

und Induktionsspule zur Ausübungand induction coil for exercise

des Verfahrensof the procedure

Anmelder:Applicant:

Deutsche EdelstahlwerkeGerman stainless steel works

Aktiengesellschaft,Corporation,

Krefeld, Oberschlesienstr. 16,Krefeld, Oberschlesienstr. 16,

Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft,General Electric Company,

Berlin-Grunewald, Hohenzollerndamm 150 und Stahl- und WalzwerkeBerlin-Grunewald, Hohenzollerndamm 150 and steel and rolling mills

Rasselstein/Andernach Aktiengesellschaft,Rasselstein / Andernach Aktiengesellschaft,

Neuwied/RheinNeuwied / Rhine

Dipl.-Ing. Fritz AIf, Remscheid,Dipl.-Ing. Fritz AIf, Remscheid,

Vincenz Seul und Josef Lenze, Andernach,Vincenz Seul and Josef Lenze, Andernach,

sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors

Bänder zu ermöglichen, ist die sogenannte Ouerfelderwärmung angewendet worden. Beiderseits des Bandes wurden Spulen mit Magnetkernen angeordnet und so eine magnetische Durchflutung quer zum Band sichergestellt. Unter Anwendung dieser Maßnahme ist es möglich, eine angemessene Erwärmung des Bandes herbeizuführen. Es ergibt sich jedoch der Nachteil, daß auf das Band gleichzeitig erhebliche magnetische Kräfte ausgeübt werden. Es muß daher eine solche magnetische Spulenanordnung auf beiden Seiten des' Bandes vorgesehen werden, damit sich die anziehenden Kräfte nach Möglichkeit aufheben. Wenn aber die Anordnung nicht völlig symmetrisch zur Bandachse ausgerichtet ist, wird das Band einseitig an eine der Magnetspulen herangezogen und gerät mit dieser in Berührung. Dadurch wird die Bandoberfläche beschädigt. Making ligaments possible is what is known as Ouerfeld heating been applied. On both sides of the belt, coils with magnetic cores were arranged and this ensures a magnetic flux across the strip. Applying this measure is it is possible to bring about adequate heating of the strip. However, there is the disadvantage that considerable magnetic forces are exerted on the tape at the same time. It must therefore be such Magnetic coil assemblies are provided on both sides of the 'tape to allow the attractive Remove forces if possible. But if the arrangement is not completely symmetrical to the belt axis is, the tape is pulled on one side of one of the magnetic coils and gets into with this Contact. This will damage the surface of the belt.

Die Folge dieser Schwierigkeiten ist, daß — obwohl sich das induktive Erhitzen als ganz besonders zweckmäßig gerade für das Aufschmelzen der Zinnschichten anbietet — in der Praxis für diesen Zweck nur selten von der Induktionserhitzung Gebrauch gemacht und dem elektrischen Erhitzen im unmittelbaren Stromdurchgang der Vorzug gegeben wird. Diese Erhitzungs-The consequence of these difficulties is that, although inductive heating has proven to be particularly useful especially for melting the tin layers - in practice only rarely for this purpose made use of induction heating and electrical heating in the immediate passage of current the preference is given. This heating

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art hat aber für den gedachten Zweck ebenfalls besondere Nachteile.However, art also has particular disadvantages for the intended purpose.

Es besteht somit ein ausgesprochenes Bedürfnis dafür, Blechbänder unter Verwendung von Induktionsspulen, die das Band umfassen, mit solchen Anlagen aufzuheizen, die einerseits widerstandsfähig sowie betriebssicher und zum anderen imstande sind, große und größte Leistungen abzugeben.There is therefore a pronounced need for sheet metal strips using induction coils, which include the tape to heat up with such systems that are on the one hand resistant as well are operationally reliable and, on the other hand, are able to deliver great and greatest achievements.

Mittelfrequenzanlagen entsprechen diesen Forderungen. Diese Anlagen bei Verwendung einer Frequenz von 5000 oder 10 000 Hz einzusetzen, ist dann möglich, wenn gemäß der überraschenden Erkenntnis der Erfinder mit einer niedrigen Leistungsdichte gearbeitet wird. Bekanntlich ist es be-im Induktionserhitzen· ganz allgemein üblich, mit großer Leistungsdichte zu arbeiten — bei 10 000 Hz mit 1 kW/cm? und mehr —, weil angenommen wird, daß nur auf diese Weise die Vorzüge des induktiven Erhitzens in jeder Hinsicht ausgeschöpft werden können. Von dieser vorgefaßten Auffassung weichen die Erfinder ab und schlagen vor, die das Blech induzierenden Induktoren mit einer Leistungsdichte von höchstens 20 W/cm² zu betreiben. Bei einer derartigen Erniedrigung der Leistungsdichte, wird die magnetische Permeabilität des ferritischen Blechwerkstoffes so weit gesteigert, daß die elektrische Eindringtiefe sehr klein wird und infolgedessen das Band sich hinreichend erwärmt, um das Aufschmelzen der Zinnschicht in einwandfreier Weise zu gewährleisten. Medium frequency systems meet these requirements. Using these systems using a frequency of 5000 or 10,000 Hz is possible if, according to the surprising finding of the inventors, a low power density is used. It is well known that in induction heating it is very common to work with a high power density - at 10,000 Hz with 1 kW / cm? and more - because it is believed that this is the only way to fully utilize the benefits of inductive heating. The inventors deviate from this preconceived notion and propose to operate the inductors which induce the sheet metal with a power density of at most 20 W / cm ^2. When the power density is lowered in this way, the magnetic permeability of the ferritic sheet material is increased to such an extent that the electrical penetration depth is very small and, as a result, the strip is heated sufficiently to ensure that the tin layer is melted properly.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine Leistungsdichte von 10 W/cm² unterschritten und eine Frequenz von 10 000 Hz angewendet wird. Es ergeben sich hierbei erstaunlich gute Wirkungsgrade. Dies ist darauf zurückzuführen, daß infolge der geringen Leistungsdichte eine entsprechende Steigerung der Permeabilität hervorgerufen wird, die die magnetische Leitfähigkeit des Bleches gegenüber der Luft so viel besser macht, daß trotz des schlechten geometrischen Kopplungsgrades der größte Teil des von der Spule ausgehenden Magnetfeldes durch das Band hindurchgeleitet wird. Es ergibt sich mithin ein günstiger elektrischer Kopplungsgrad, d. h. also hoher Wirkungsgrad verbunden mit einem günstigen cos. phi. Selbst bei Blechbändern mit einer Stärke von 0,15 mm kann noch unter Anwendung einer Frequenz von nur 5000 Hz ein guter Wirkungsgrad beim Erwärmen erzielt werden.It is particularly advantageous if the power density ^falls below 10 W / cm 2 and a frequency of 10,000 Hz is used. This results in surprisingly good efficiencies. This is due to the fact that, due to the low power density, a corresponding increase in permeability is caused, which makes the magnetic conductivity of the sheet metal so much better with respect to the air that, despite the poor degree of geometric coupling, most of the magnetic field emanating from the coil passes through the strip is passed through. The result is a favorable degree of electrical coupling, that is to say a high degree of efficiency combined with a favorable cos. phi. Even with sheet metal strips with a thickness of 0.15 mm, good heating efficiency can still be achieved using a frequency of only 5000 Hz.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, das auf das Band einwirkende, resultierende Magnetfeld aus Komponenten zusammenzusetzen, die mit der Vorschubrieb.-tung Winkel einschließen,wobei selbstverständlich die geringe Leistungsdichte beibehalten wird. Dies hat zur Folge, daß das Band nicht nur längs durchflutet, sondern zum Teil auch quer durchflutet wird. Die vektorielle Addition dieser beiden Komponenten ergibt einen resultierenden Vektor, der entsprechend seiner Größe mehr oder minder geneigt durch die Blechebene verläuft. Dieser Vektor ist auf jeden Fall langer als die =-* Dicke des Bandes, und es liegen mithin für diesen bezüglich der Eindringtiefe günstigere Verhältnisse vor.In a further embodiment of the method according to the invention it is proposed that on the tape acting, resulting magnetic field composed of components that work with the feed drive Include angles, of course, the low power density is retained. This has to As a result, the tape is not only flooded lengthways, but is also partially flooded across. The vectorial Adding these two components gives a resulting vector, which is according to its size runs more or less inclined through the plane of the sheet. This vector is definitely longer than the = - * Thickness of the tape, and there are therefore more favorable conditions for this with regard to the penetration depth.

Zur Ausübung dieser Maßnahme wird gemäß der Erfindung eine Induktionsspule vorgeschlagen, die aus Leiterabschnitten gebildet ist, welche senkrecht zu den Kanten des Bandes verlaufen und im Bereich der Kanten mit einer Steigung von mehr als 25° von der einen zu der anderen Seite des Bandes umgeführt sind.To carry out this measure, an induction coil is proposed according to the invention, which consists of Conductor sections is formed which run perpendicular to the edges of the tape and in the region of the edges are bypassed with a slope of more than 25 ° from one side of the belt to the other.

In der Zeichnung ist ein solcher Induktor mehr oder minder schematisch dargestellt, und an Hand dieser Ausführungsform soll die Erfindung näher erläutert werden.In the drawing, such an inductor is shown more or less schematically, and on the basis of this Embodiment, the invention is to be explained in more detail.

Abb. 1 zeigt.den Induktor in Aufsicht,Fig. 1 shows the inductor in plan,

Abb. 2 im axialen Längsschnitt.Fig. 2 in axial longitudinal section.

Der Induktor, der das Band 1 umfaßt, besteht aus einzelnen Windungsabschnitten, die abwechselnd der Ober- und Unterseite des Bandes 1 gegenüberstehen. In Abb. 1 liegen die Abschnitte 2 unter dem Band, die Abschnitte 3 über dem Band. Sowohl die Abschnitte 2 als auch die Abschnitte 3 verlaufen senkrecht zur Kante des Bandes 1 und sind durch Umführungen 4 miteinander verbunden, die eine Steigung von mehr als 25° aufweisen, wie insbesondere aus Abb. 2 erkennbar. Die Spule stellt mithin praktisch einen Mäander dar, dessen Querabschnitte so beidseitig aus der Mittelebene herausgehoben sind, daß das Band 1 längs dieser Ebene hindurchgezogen werden kann. Diese Anordnung hat die Folge, daß nicht ein einheitliches, von allen Spulenwindungen insgesamt ausgehendes Magnetfeld erzeugt wird, sondern daß jede einzelne Windung ihr eigenes sie umschließendes Magnetfeld erzeugt, wobei nur einzelne wenige Magnetlinien die gesamte Spule in Längsrichtung durchfluten und umgeben. Auf diese Weise kommen die Vektoren zustande, die mehr oder minder geneigt das Blech durchlaufen.The inductor, which comprises the band 1, consists of individual winding sections, which alternate with the The top and bottom of the band 1 face each other. In Fig. 1, the sections 2 are under the tape, the Sections 3 across the tape. Both the sections 2 and the sections 3 run perpendicular to the Edge of the belt 1 and are connected to each other by ducts 4, which have a slope of more than 25 °, as can be seen in particular from Fig. 2. The coil therefore practically represents one Meander, the transverse sections of which are lifted out of the central plane on both sides in such a way that the band 1 can be pulled through along this plane. The consequence of this arrangement is that there is no uniform, is generated from all coil windings in total outgoing magnetic field, but that each single winding generates its own surrounding magnetic field, with only a few Magnetic lines flow through and surround the entire coil lengthways. This is how they come Vectors that run through the sheet at a more or less inclined angle.

Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung, zumal wenn es unter Verwendung des erfindungsgemäßen Induktors betrieben wird, lassen sich ferritische Bleche und Bänder im fortschreitenden Verfahren mit geringer installierter Leistung mittels Frequenzen von 10 000 und 5000 Hz einwandfrei auf Temperaturen erwärmen, die für das Aufschmelzen zuvor aufgebrachter Zinnschichten notwendig sind. Die Temperaturen von 200 bis 300° C lassen sich auch dann noch einwandfrei erreichen, wenn mit Vorschubgeschwindigkeiten von 100 m/min und mehr gearbeitet wird.With the method according to the invention, especially when it is using the invention Inductor is operated, ferritic sheets and strips can be used in the progressive process heat up the low installed power properly to temperatures using frequencies of 10,000 and 5,000 Hz, which are necessary for the melting of previously applied tin layers. The temperatures from 200 to 300 ° C can still be achieved without problems even if at feed speeds 100 m / min and more is being worked.

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Verfahren zum fortschreitenden induktiven Erwärmen von ferritisclhen Blechen, vornehmlich in Form von Bändern, in Stärken von 0,5 mm und weniger, insbesondere von OyIG bis 0,35 mm, auf Temperaturen unter 500° C, insbesondere auf Temraturen von 200 bis 300° C, unter Verwendung von Induktionsspulen, die das Blech bzw. Band1. Process for the progressive inductive heating of ferritic sheets, primarily in the form of ribbons, in thicknesses of 0.5 mm and less, in particular from OyIG to 0.35 mm Temperatures below 500 ° C, in particular to temperatures of 200 to 300 ° C, using of induction coils, which the sheet or strip ,^-fassen, dadurch gekennzeichnet, daß unter Anwen-, ^ - grasp, characterized in that under application "^" dung mittelfrequenter Ströme, vorzugsweise von"^" generation of medium-frequency currents, preferably of 10 OUO oder 5000Hz, mit einer Leistungsdichte der10 OUO or 5000Hz, with a power density of ""das Blech bzw. Band induzierenden Induktoren von höchstens 20 W/cm² gearbeitet wird."" the sheet or band inducing inductors of at most 20 W / cm ^{2 is} worked. 2. Induktionsspule zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus Leiterabschnitten gebildet ist, die senkrecht zu den Kanten des Bleches oder Bandes2. Induction coil for performing the method according to claim 1, characterized in that that it is formed from conductor sections which are perpendicular to the edges of the sheet or strip """verlaufen und im Bereich der Kanten mit einer Steigung von mehr als 25° von der einen zur anderen Seite des Bleches oder Bandes umgeführt wird."" "run and in the area of the edges with a Slope of more than 25 ° is bypassed from one side of the sheet or strip to the other. In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 767 369;
USA.-Patentschriften Nr. 2 005 901, 1 646 498;
Buch v. Hartsho>rn: »Radio-FrequencyHeating«, 1949, S. 57, Tab. 2.Considered publications:
German Patent No. 767 369;
U.S. Patent Nos. 2,005,901, 1,646,498;
Book v. Hartsho> rn: "Radio-FrequencyHeating", 1949, p. 57, tab. 2. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings © «09· 679/254 11.53.© «09 · 679/254 11.53.