DE2556057B1

DE2556057B1 - Verfahren und vorrichtung zum erwaermen von metallbaendern, insbesondere nichteisen-metallbaendern

Info

Publication number: DE2556057B1
Application number: DE19752556057
Authority: DE
Inventors: Willi Sporenberg; Reinhold Wagner
Original assignee: SUNDWIGER EISEN MASCHINEN; Aluminium Norf GmbH
Current assignee: Sundwiger Eisenhuette Maschinenfabrik & Co 5 GmbH
Priority date: 1975-12-12
Filing date: 1975-12-12
Publication date: 1977-06-16
Also published as: DE2556057C2; CA1081328A; FR2334755A1; US4124415A; SU727154A3; GB1539743A; FR2334755B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erwärmen von Metallbändern, insbesondere Nichteisen-Metallbändern, mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist gängige Praxis, Metallbänder kontinuierlich bei berührungslosem Transport zu erwärmen, wobei für das Band Transportgeschwindigkeiten — je nach Banddikke — bis zu 120 m/min erreicht werden. Zur Durchführung der berührungslosen Aufheizung werden mit Gasstrahldüsen versehene Erwärmungsanlagen eingesetzt, welche sich insbesondere in der Bund- und Leichtmetallindustrie durchgesetzt haben. Die Heißluft hat bei der Wärmebehandlung je nach Anwendungsbereich nicht nur die Aufgabe, in kurzer Zeit eine große Wärmemenge gleichmäßig an das zu erwärmende Gut zu übertragen, sondern sie wird auch für den berührungslosen Transport (Schweben) des Metallbandes herangezogen. Ein typischer Durchlaufofen der genannten Art ist in der F i g. 1 im Prinzip gezeigt; die nähere Beschreibung erfolgt im Beispiel.

Wesentlich ist für die bekannte Ausführungsform, daß das vom Aufwickelhaspel kommende Band zunächst einen Schlingenturm, dann ein S-Rollen-Aggregat, anschließend horizontal den Durchlaufofen, wieder ein S-Rollen-Aggregat durchläuft, an welches sich ein zweiter Schlingenturm und der Aufwickelhaspel anschließen. Um einen kontinuierlichen Betrieb zu gewährleisten, müssen jeweils zwei Ablauf- und zwei Aufwickelhaspel in Kombination mit den Schlingentürmen und einer Bandhefteinrichtung vorgesehen sein.

Es gibt auch Anlagen, die nicht kontinuierlich betrieben werden, so daß diese doppelten Haspelungen und Schlingentürme entfallen können. In diesem Fall ergibt sich durch den absatzweisen Betrieb mit der Heftung oder Anschweißung eines neuen Metallbandes eine Stillstandszeit. Diese Stillstandszeit beeinflußt den Wärmebehandlungszustand des in der Wärmezone befindlichen Metallbandes, so daß ein größerer Schrottanfall gegeben ist.
Berücksichtigt man, daß die Gasstrahlöfen, ζ. Β. bei schnellaufenden Anlagen, für Aluminium eine Länge von bis zu 150 m haben können, so zeigt sich, daß der kontinuierliche Betrieb trotz aufwendiger Anlagen Vorteile bietet, da der Schrottanfall geringer ist.

Es ist auch der Vorschlag gemacht worden, Bänder und Bleche induktiv zu erhitzen (britische Patentschrift 6 00 673; österreichische Patentschrift 2 73 196), indem diese Produkte zwischen parallel und mit Abstand angeordneten Gruppen von Induktionsspulen hindurchgeführt werden. In der Praxis haben sich derartige Anlagen nach Wissen der Anmelder für die Erwärmung von Blechen und Bändern nicht bewährt.

Es ist außerdem der Vorschlag gemacht worden, Folien auf elektrischem Wege mittelbar durch Berührung über eine umlaufende Walze zu erhitzen, indem die Folien mittels Umlenkrollen gegen einen Abschnitt der umlaufenden Walze gedrückt werden. Die Walze selbst wird auf dem rückwärtigen Abschnitt unter Benutzung magnetischer Drehfelder erwärmt. Durch einen unterschiedlichen Abstand zwischen dem Drehfeld und der Walze wird einer ungleichmäßigen Erwärmung der Walze entgegengewirkt, so daß die durch Berührung erhitzte Folie ebenfalls gleichmäßig erwärmt wird (DT-OS 22 04 816). Für eine berührungslose Erwärmung ist dieser Vorschlag nicht geeignet.

Der vorliegenden Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, welche selbst bei sehr hohen Transportgeschwindigkeiten eine gleichmäßige Erwärmung über die

Bandbreite gewährleistet

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Das elektromagnetische Wanderfeld ist dem Fachmann an sich bekannt (siehe z. B. Sonderdruck »Der Konstrukteur«, [1974], Heft 8, S. 3). Bekanntlich wird das Wanderfeld durch einen Linearmotor erzeugt. Der Linearmotor kann als Asynchronmotor verstanden werden, dessen Ständerpaket radial aufgeschnitten und zu einer Ebene (Induktorkamm) aufgebogen ist. Anstelle des Drehfeldes (Asynchronmotor) entsteht auf diese Weise ein Wanderfeld. Anstelle des Leiterkäfigs im Rotor (Asynchronmotor) wird eine Leiterschiene als Sekundärteil verwendet Die Leiterschiene wird auch Reaktionsschiene genannt

Beim erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die Schnellerwärmung durch den starken Geschwindigkeitsunterschied zwischen dem voreilenden Wanderfeld und dem sich in gleicher Richtung viel langsamer bewegenden Metallband. Je nach Durchsatzmenge und dem erlaubten minimalen Bandzug beträgt die Geschwindigkeit des Wanderfeldes mehr als 40 m/s, vorzugsweise mehr als 60 m/s, während sich das Metallband nur mit einer Geschwindigkeit von z. B. 5 bis 300 m/min, vorzugsweise 10 bis 100 m/min, bewegt Die Bandtemperatur wird zweckmäßigerweise über die Synchrongeschwindigkeit des Wanderfeldes und/oder die Spannung des Wanderfeldes eingestellt. Darüber hinaus kann eine Feinregulierung über die Bandgeschwindigkeit erfolgen, die in an sich bekannter Weise über die Antriebsaggregate der S-RoUen und Haspeln erfolgen kann.

Im einzelnen wird die Aufheizgeschwindigkeit und die Bewegungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit von dem metallischen Werkstoff, von der Stärke des Werkstoffes und der gewünschten Wärmebehandlung gesteuert. So können z. B. mit dem vorgeschlagenen Verfahren auch thermo-mechanische Wärmebehandlungen vorgenommen werden. Dies ist möglich, da das Band einerseits aufgeheizt wird und gleichzeitig unter Zugbeanspruchung steht. Weiterhin ist die Wärmebehandlung insbesondere für Zwecke geeignet, bei denen eine Wärmebehandlungstemperatur von 700⁰C nicht überschritten wird. So ist z. B. bei Stahlbändern eine Vergütungsbehandlung, ein Anlassen od. dgl. möglich. Besonders eignet sich das vorgeschlagene Verfahren für Nichteisen-Metallbänder, insbesondere da bei diesen die Wärmebehandlung bei niedrigen Temperaturen — also 400 bis 650⁰C — erfolgt. Besondere Vorteile bietet das Verfahren bei der Anwendung auf Aluminiumband. Hierbei erfolgt die Wärmebehandlung bei 380 bis 580, z.B. bei etwa 400⁰C. Bei Aluminium werden das Wanderfeld und die Bandgeschwindigkeit zweckmäßigerweise so aufeinander abgestimmt, daß einerseits eine hinreichende Schnellerwärmung erfolgt und andererseits die spezifische Zugwirkung im geglühten Bandbereich unterhalb der Warmfestigkeitsgrenze des Aluminiumbandes liegt. So sollte die Zugeinwirkung bei Aluminiumband weniger als 1 kg/mm² im geglühten Bandbereich betragen. Es hat sich gezeigt, daß bei g₀ Aluminium und speziell Aluminium-Mangan-Legierungen durch die schnelle und vor allem gleichmäßige Erwärmung über die Bandbreite sehr feinkörnige Gefüge und günstige Festigkeitswerte gewonnen werden (Streckgrenze/Zugfestigkeit-Verhältnis).

Wie dies hiervor am bevorzugten Beispiel von Aluminium dargestellt ist, empfiehlt es sich ebenso bei anderen Metallbändern, bei der Zugeinwirkung im geglühten Bandbereich die zulässigen Beanspruchungsgrößen nicht zu überschreiten.

Eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einer Schnellerwärmungsanlage mit einer ersten Linearmotoreneinheit und einer zweiten, als Linearmotor oder Rückschlußschiene ausgebildeten Einheit, wobei beide Einheiten einander gegenüberliegend angeordnet sind und einen Durchtrittsspalt für das Metallband bilden. Wie später ausgeführt ist, eignet sich diese Ausführungsform mit Rückschlußschiene insbesondere für die niedrigeren Erwärmungstemperaturen.

Um eine Einstellung auf unterschiedliche Banddicken zu ermöglichen, ist der Abstand der Einheiten voneinander zweckmäßigerweise verstellbar. Dadurch wird die Höhe des Durchtrittsspaltes verändert. Die Einstellung dieser Spaltbreite beeinflußt die Aufheizgeschwindigkeit und die erreichbare Aufheiztemperatur. So wird z. B. für ein Metallband in einer Stärke von 0,5 — 2 mm ein Durchtrittsspalt von 70 — 120 mm als zweckmäßig erachtet. Weiterhin empfiehlt sich für diese Abmessungen eine Geschwindigkeit des Wanderfeldes von 60—100 m/sec bei einer Metallbandgeschwindigkeit von 20 — 60 m/min. Da das Metallband im Durchtrittsspalt zwischen den jeweiligen Einheiten zwangsläufig elektromechanisch zentriert wird, erfolgt ein berührungsloser Transport durch den Durchtrittsspalt Die zu behandelnde Bandbreite darf maximal bis zur Läuferbreite des Induktorkammes des Linearmotors reichen. Sie darf nicht über die Breite des Induktorkammes hinausreichen. Neben der zur gedachten Metallbandebene spiegelsymmetrisch parallelen Anordnung der beiden Linearmotoreneinheiten sind auch Querschnittsformen denkbar, die der jeweiligen Bandform angepaßt sind; so könnte bei einem im Querschnitt durchgebogenen Band die Linearmotoreneinheit auch eine durchgebogene Querschnittsform zeigen. Wesentlich ist, daß über die Bandbreite eine gleichmäßige Aufheizung erzielt wird.

Vorzugsweise sind die Linearmotoreneinheiten mit einer Wärmedämmschicht oder Wärmereflexschicht versehen. Diese Schicht befindet sich auf den Flächen der Linearmotoreneinheiten, die metallbandseitig angeordnet sind, also auf den Polflächen der Linearmotoreneinheiten. Diese Schichten sollen nach Möglichkeit gleichzeitig einen Oberflächenschutz des zu behandelnden Bandes gewährleisten, wenn z. B. durch ein Versehen einmal eine Berührung erfolgen sollte. Geeignet sind z. B. einseitig behandelte Glasplatten. Derartige Glasplatten gewährleisten den optimalen Schutz, da sie einerseits die vom aufgeheizten Metallband ausgehende Strahlungswärme reflektieren und zum anderen eine Oberflächenbeschädigung des zu glühenden Metallbandes vermeiden, da sie metallbandseitig völlig glatt sind.

Zum Transport vor und hinter den Linearmotoreneinheiten sind in an sich bekannter Weise Treibrollen- bzw. Bremsrollen-Aggregate und gegebenenfalls Abwickel- und Aufwickelhaspeln angeordnet. Als Treibrollenaggregat empfiehlt sich z. B. ein S-Rollen-Aggregat.

Die Bandtemperatur selbst kann automatisch mit Hilfe einer Temperaturmeßeinrichtung gesteuert werden, welche zweckmäßigerweise unmittelbar im Anschluß an den Ausgang der Linearmotoreneinheiten angeordnet ist. Hierbei ergibt sich ein Regelkreis aus Temperaturmessung, Energie des elektromagnetischen Wanderfeldes und Bandgeschwindigkeit.

Gemäß einer weiteren, bevorzugten Ausführungs-

form ist der Durchtrittsspalt seitlich der Einheiten von einem Kanal abgedeckt. Durch diesen Kanal kann z. B. zur schnelleren Abkühlung Kühlgas oder zu einer Schutzgasbehandlung Schutzgas zugeführt werden. Andererseits ist dieser Kanal aber auch als Absaugkanal 5 geeignet, wenn z. B. beim Erwärmen des Metallbandes, z. B. eines beschichteten Metallbandes, umweltfeindliche Lösungsmittel verdampfen. Diese können dann über den Kanal gleich abgesaugt werden. Eine derartige Konstruktion empfiehlt sich z. B. für eine Schnellerwärmungsanlage, die bei der Trocknung von lackbeschichteten Metallbändern verwendet wird. Hierbei besteht nämlich dann die Möglichkeit, die beim Trocknen anfallenden Lösungsmittel abzusaugen und einer Wiederverwertung zuzuführen, wobei eine viel geringere Belastung der Umwelt entsteht als diese bei bekannten Anlagen möglich ist. Da derartige Behandlungen bei niedrigeren Temperaturen, z. B. bei 140 — 280⁰C, durchgeführt werden, empfiehlt sich für diesen Zweck die Schnellerwärmungsanlage mit Rückschlußschiene. Ein weiterer Vorteil ist in diesem Falle, daß man die Rückschlußschiene leichter wegklappen kann als eine Linearmotoreneinheit.

Aus vorgenanntem ergibt sich, daß der Erfindungsgegenstand nicht nur für Wärmebehandlungszwecke im strengen metallurgischen Sinne eingesetzt werden kann, sondern auch für Erwärmen, wie Trocknen, Einbrennen von Lacken u. dgl.

Die besonderen Vorteile des Erfindungsgegenstandes sind darin zu sehen, daß eine sehr schnelle Erwärmung, insbesondere Wärmebehandlung, bei berührungslosem Transport möglich ist, wobei ein absatzweises Arbeiten möglich ist, ohne daß größere Mengen Schrott anfallen. Die aufwendigen Schlingentürme und der zusätzliche doppelte Aufwand an Abwickel- und Aufwickelhaspel entfallen. Neben den niedrigen Anlagekosten, die durch den Wegfall der Schlingentürme und der doppelten Haspelungen entstehen können, können die Gebäudekosten erheblich gesenkt werden. Durch den Wegfall der Schlingentürme wird außerdem eine schonendere Bandbehandlung erreicht. Gleichzeitig ergibt sich über das Wanderfeld ein Transport des Bandes, welcher auch beim Einfädelvorgang hilfreich sein kann. Die erforderlichen Anlagen haben nur einen Bruchteil der Länge, die bei den gattungsgemäßen Gasstrahlanlagen erforder-Hch waren. So beträgt die Länge der Schnellerwärmungsanlage allein bei einer Wärmebehandlung von Aluminium bis zu 600° C bei einer Glühleistung von etwa 6 t/Std. (Bandbreite 1000 mm) nur 5 m. Die Schnellerwärmungsanlage ist mit Einschaltung einsatzbereit, so daß keine längere Anlaufzeit bei absatzweisem Betrieb erforderlich ist. *.

Die Temperatureinbringung ist über die Breite infolge des Induktionsflusses innerhalb des Eisenbereiches des Wanderfeldmotors absolut gleichmäßig. Oberflächenschäden treten nicht auf, da die Induktionskräfte des Metallbandes in der Mitte zwischen den beiden Wanderfeldern halten, so daß keine Berührungspunkte gegeben sind.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeich- ^ nungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in sehematiseher Darstellung eine übliche bekannte Anlage,

F i g. 2 in sehematiseher Darstellung die erfindungsgemäße Anlage, F i g. 3 einen Querschnitt der F i g. 2,

F i g. 4 eine schematische Darstellung der Aufheizgeschwindigkeit und des Temperaturverlaufes über die Bandbreite.

F i g. 1 zeigt das Metallband 20, welches im Gasstrahlofen 5 wärmebehandelt wird. Der Gasstrahlofen 5, der z. B. eine Länge von bis zu 100 m hat, gehört zum Stand der Technik. Für den kontinuierlichen Betrieb weist die Anlage zwei Ablaufhaspeln 1, la mit Richtaggregat 2, 2a, eine Hefteinrichtung 21 (oder eine Schweißeinrichrichtung), zwei Schlingentürme 22, 22a und zwei Auflaufhaspeln 9, 9a auf. Im einzelnen durchläuft das Metallband 20 zunächst das Richtaggregat 2, 2a, kann dann mittels der Scheren 3, 3a abgeschöpft werden. Nach Ablauf einer Haspel kann das Bandende mittels der Hefteinrichtung 21 mit dem Bandanfang eines neuen Bandendes verbunden werden. In der Zwischenzeit dient der Bandvorrat im Schlingenturm 22 dazu, die kontinuierliche Wärmebehandlung im Gasstrahlofen 5 weiter durchzuführen. Vor und hinter dem Gasstrahlofen sind S-Rollen-Aggregate 4, 6. Ein weiteres S-Rollen-Aggregat 23 befindet sich im Anschluß an den Schlingenturm 22a. Hinter dem S-Rollen-Aggregat 23 befindet sich eine Schopfschere 7, ein Treibgerüst 24, eine Bremse 25 und eine Umlenkrolle 8. Um eine kontinuierliche Wärmebehandlung in dem sehr langen Gasstrahlofen 5 zu ermöglichen, ist die doppelte Anordnung der Ablaufhaspel 1, la, der Schlingentürme 22,22a und der Auflauf haspeln 9,9a erforderlich.

Diese doppelte Anordnung fehlt beim erfindungsgemäßen Beispiel gemäß F i g. 2 und 3, da diese Anlage eine diskontinuierliche Arbeitsweise ermöglicht. Im einzelnen zeigt die Fig.2 die Ablaufhaspel 10, die Umlenkrolle 11, das Richtaggregat 12, eine Schopf schere 13 und vor und hinter dem Wanderfeldofen 15 je ein S-Rollen-Aggregat 14,16. Hinter dem S-Rollen-Aggregat 16 ist wieder eine Schopf schere 17, eine Umlenkrolle 18 und die Auflaufhaspel 19 angeordnet.

Wie insbesondere der Querschnitt durch den Wanderfeldofen 15 (F i g. 3) zeigt, besteht die Schnellerwärmungsanlage im wesentlichen aus zwei Linearmotoreneinheiten 15a, 156. Für bestimmte Zwecke, insbesondere bei geringeren Erwärmungstemperaturen von 150 — 200⁰C, kann eine Linearmotoreneinheit durch eine Rückschlußschiene (nicht gezeigt) ersetzt sein. Die Linearmotoren sind mit ihren Polflächen spiegelsymmetrisch zur gedachten Bandebene angeordnet und bilden damit den Durchtrittsspalt 15a Das Metallband 20 selbst darf in einer Breite maximal bis zur Läuferbreite des Induktorkammes der Linearmotoreneinheit reichen. Zum Schutz des Induktors sind die metallbandseitigen Flächen der Linearmotoren mit einer Schutzschicht versehen. Die Linearmotoreneinheiten haben etwa eine Länge von 3 — 5 m. Im Anschluß an die Linearmotoreneinheiten kann sich in bekannter Weise eine Strecke zur Aufrechterhaltung der Temperatur, z. B. zur Durchführung einer Vergütungsbehandlung, und daran anschließend eine Kühlstrecke erstrecken.

Es ist hervorzuheben, daß der Wanderfeldofen auch den Einfädelvorgang besonders einfach macht, da ja das Wanderfeld einen Zug auf das Metallband ausübt. Das S-Rollen-Aggregat 14 ermöglicht einen Transport bis zum Durchtrittsspalt 15a worauf von dort aus die Zentrierung innerhalb des Durchtrittsspaltes 15c vom Wanderfeld selbst übernommen wird.

Die schematische Darstellung in Fi g. 4 zeigt, daß die erfindungsgemäße Schnellerwärmungsanlage eine gleichmäßige und schnelle Aufheizung über die Bandbreite ermöglicht Bei diesem Versuch wurde ein Aluminiumband in einer Stärke h von 2 mm und einer Breite von 200 mm mit einer Geschwindigkeit von etwa

18 m/min durch ein Wanderfeld geschickt, welches sich mit etwa 60 m/sec bewegte. Mittels Temperaturmeßgeräten wurde über die Bandbreite an drei Stellen die Aufheiztemperatur gemessen und registriert. Die schematische Darstellung zeigt, daß über die Bandbreite eine gleichmäßige Erwärmung innerhalb kürzester Zeit erfolgte Die Gesamt-Aufheizzeit von Raumtemperatur bis auf 420⁰C betrug etwa 13 Sekunden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Erwärmen von Metallbändern im Durchlaufverfahren, insbesondere von Nichteisen-Metallbändern, wobei das Metallband kontinuierlich berührungslos elektromagnetisch erwärmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallband durch ein in Bandlaufrichtung wirkendes, elektromagnetisches Wanderfeld mit einem Schlupf bewegt wird, der gegenüber der Geschwindigkeit des Wanderfeldes eine stark unterschiedliche Metallbandgeschwindigkeit einschließt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Wanderfeld mit einer Geschwindigkeit von mehr als 40 m/s bewegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Wanderfeld mit einer Geschwindigkeit von mehr als 60 m/s zur Metallbandgeschwindigkeit bewegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Nichteisen-Metallband, insbesondere Aluminium-Metallband, das Wanderfeld so eingestellt ist, daß die spezifische Zugwirkung im geglühten Bandbereich unterhalb der Warmfestigkeitsgrenze des Metallbandes liegt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Bandtemperatur das elektromagnetische Wanderfeld über die Synchrongeschwindigkeit des Wanderfeldes und/oder die Spannung des Wanderfeldes beeinflußt wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sehnellerwärmungsanlage aus einer ersten Linearmotoreneinheit (i5a) und einer zweiten, als Linearmotor oder Rückschlußschiene ausgebildeten Einheit (156^ besteht, und daß beide Einheiten (15a, \5b) einander gegenüberliegend angeordnet sind und einen Durchtrittsspalt {\5c)iür das Metallband bilden.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Veränderung der Höhe des Durchtrittsspaltes (\5c) der Abstand der Einheiten (15a, 15£^ verstellbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Linearmotoreneinheiten (15a, \5b) auf den dem Metallband zugewandten Flächen mit je einer Wärmedämmschicht oder Wärmereflexschicht versehen sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 — 8, dadurch gekennzeichnet, daß in Bandlaufrichtung vor und hinter den Wanderfeldofen (15) Treibrollenbzw. Bremsrollen-Aggregate und gegebenenfalls Abwickel- bzw. Aufwickelhaspeln (10 und 19) angeordnet sind und zur Regelung der Bandtemperatur die Bandgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Energie des elektromagnetischen Wanderfeldes regelbar ist

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 — 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchtrittsspalt (\5c) seitlich der Einheiten (15a, \5b) von einem Kanal abgedeckt ist