EP1507013A1 - Verfahren zum Betrieb einer Durchlauf-Wärmebehandlungsanlage für Bänder mit überwiegend konvektiver Wärmeübertragung - Google Patents

Verfahren zum Betrieb einer Durchlauf-Wärmebehandlungsanlage für Bänder mit überwiegend konvektiver Wärmeübertragung Download PDF

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EP1507013A1
EP1507013A1 EP04019152A EP04019152A EP1507013A1 EP 1507013 A1 EP1507013 A1 EP 1507013A1 EP 04019152 A EP04019152 A EP 04019152A EP 04019152 A EP04019152 A EP 04019152A EP 1507013 A1 EP1507013 A1 EP 1507013A1
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heat transfer
heating
strip
belt
cooling
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Carl Prof.Dr.-Ing. Kramer
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    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • C21D11/00—Process control or regulation for heat treatments
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    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
    • C21D9/54—Furnaces for treating strips or wire
    • C21D9/56—Continuous furnaces for strip or wire
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    • C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
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    • C21D9/56—Continuous furnaces for strip or wire
    • C21D9/573—Continuous furnaces for strip or wire with cooling

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a continuous heat treatment plant for bands, especially bands of metallic materials, predominantly convective heat transfer.
  • a temperature control for the heating device for used the gas stream is usually for controlling the heating power, a temperature control for the heating device for used the gas stream.
  • This temperature control is carried out by means of temperature reference measuring points, which the actual temperature e.g. indicate the gas flow.
  • This actual temperature is the controller of the prior art with the setpoint temperature compared and determined from this control deviation, the manipulated variable with which the Heating power of the deviation between the temperature setpoint and the actual temperature value is readjusted accordingly.
  • So z. B a continuous annealing system for metal strips before switching on Tape running first to the required operating temperature in the individual heating zones brought. This is in the oven, a so-called precursor band, which is located in the Usually in terms of dimensions and thermal properties of the Production line differs and usually has a much smaller cross-section. Once the connection between precursor tape and production tape in the Furnace system occurs, suddenly increases the power consumption, which is necessary for heating the Production line according to the given annealing curve in the respective zone is required.
  • the heating part of the system passing through the band to transferring heat from the process control of the plant to avoid Inadmissible, especially local temperature fluctuations in the band with changing Band throughput automatically to the respective throughput parameters such as mass flow rate and surface throughput adjusted, besides the power level the heating device and the convective heat transfer to the respective Surface throughput taking into account the respective strip cross-section at Consideration of the thermal properties of the strip material by appropriate choice the blowing power of the strip surface is adjusted.
  • This adjustment is advantageously made by a corresponding change the fan speed, which increases the rate of inflation of the gas flow the band, which is the main variable of convective heat transfer, amended accordingly.
  • a mathematical model expedient with which the Heating process of the band or of the continuous good as a function of the flow rate parameters and the heat transfer parameters with sufficient accuracy be continuously calculated even for temporally rapidly changing circumstances can. From this calculation, the required changes of the Degree of the heating device. This is the transmission of information a prior art tape trace to which the mathematical model operating computer required.
  • the calculator receives thus in sufficiently short Intervals include data such as bandwidth, tape thickness, tape speed and information about the annealing conditions and can therefrom the required degree of Heating device and the necessary change in the fan speeds for Determine the required convective heat transfer.
  • the advantage of this method according to the invention is that always the Heat transfer conditions and the heating power to be provided for the respective good heating are required, without causing a deviation of the actual temperature must be serviced from the set point temperature.
  • the thermal inertia of the mounting parts in the Heating system which are involved in the heat transfer, such.
  • B. radiant heating pipes Indirectly gas-fired and working under inert gas atmosphere systems, the masses the inner housing, the flow guidance and nozzle system and the masses of the usually taken from metallic materials fan wheels taken into account become.
  • the method according to the invention is also possible, in the case of a belt replacement Belt speed without adverse consequences for the heat treatment considerably, thereby increasing the size of the required tape storage reduce or save one or even both tape storage.
  • Figures 1 and 2 serve the Illustration. 1 shows schematically a much simplified metal band annealing system and Figure 2 is a schematic diagram for explaining the Inventive material model.
  • a tape 1 runs from one of the two unwinders 2a or 2b, preferably as Double group executed unwinding station first by a stapler 2c, where a connection between the beginning of the new band with the end of the previously produced.
  • the tape enters a belt cleaning 3.
  • a tape storage 5 tape tension built up.
  • Behind the tape storage 5 is a for the delimitation of the low furnace train serving first 3-roller block 6 arranged. From there, the tape runs through one of the Belt tracking stitch detection 6a and passes over a horizontally back and forth dancer roller 7, the constant maintenance of the strip tension in Heat treatment parts 8 and 9 serve in a first furnace zone 8a.
  • a cooling part 9 closes with two zones 9a and 9b, wherein the number of furnace and cooling zones according to the respective Requirements is selected.
  • the band runs over one at the same time
  • Belt center serving pulley 10 which in a protective gas-tight housing is housed in serving at the same time as protective gas seal water cup with a dipping roller 10a.
  • the tape passes into a final surface treatment 13 and finally over another S-rollers 14 to one of two Aufwicklem 15a or 15b.
  • the Process control in which the relevant characteristics of the tape incl Heat treatment and the desired temperature profile have been entered and which possibly also evaluates the material model according to the invention, the Heating devices of the individual furnace zones 8a, 8b, 8c, in the example of Figure 1 Gas-heated radiant tubes 21, zone by zone and one after the other to the new band and its throughput speed appropriate heating power requirements. simultaneously is - also in zones - the convective heat transfer in the furnace part 8 with the Fan drives 20o and 20u adjusted accordingly.
  • the material model allows during the change of Band pass speed the sufficient constancy of the Material properties.
  • the Material property K for example the hardness or the grain size, should be completed the heat treatment be about 53.
  • the material model chooses one Material temperature for which at the end of the primary recrystallization this value of Property K is achieved.
  • the property changes accordingly over time the curves K. According to the invention it is therefore important to be sure for both glow curves the transition from primary to secondary recrystallization within the respective To reach annealing time.
  • the temperature of the band should be chosen so that Depending on the degree of rolling of the done before the heat treatment cold rolling and the thus obtained dislocation density, the respective time intervals for the primary Recrystallization are required, sufficiently shorter compared with the respective Annealing time are.
  • the maximum achieved material temperatures as in the exemplary representation in Figure 2 for the high and the low belt speed be different, with the solid, bottom curve for 100% Tape speed, the upper dashed for 50% tape speed applies.
  • the curves were each using the mathematical material model for the annealing curve temperature ⁇ also entered in the diagram as a function of time (solid 100% speed, dashed 50% speed) off Recrystallization data calculated for isothermal ratios. From the bend of the curves at (A) or (B) K does not change appreciably, because there the secondary Recrystallization begins, which slows down by about two powers of ten.
  • the same control can be suspended even in systems for heat treatment of use guided belts, wherein the floating force generated by the Beblasungssystem changes only in such a range, the touches of the tape to upper and Excludes underside with system parts.
  • the levitation is expediently also by the for Heat treatment, ie heating or cooling, required circulated Gas flow generated.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Durchlauf-Wärmebehandlungsanlage für Bänder aus Stahl oder Metall mit im Laufe des Anlagenbetriebes wechselnden Massendurchsätzen, Querschnitten und/oder Oberflächen mit überwiegend konvektiver Wärmeübertragung auf das Band durch mindestens einen in einem Erwärmungsteil umgewälzten beheizten Gasstrom mit Einrichtungen zur Regelung und/oder Steuerung der Beheizungseinrichtung für den Gasstrom und des Antriebs eines jeden Umwälzventilators. Die im Erwärmungsteil auf das Band übertragene Wärme wird von der Prozesssteuerung der Anlage bei durch Änderung der Bandabmessungen und/oder der thermischen Eigenschaften des Bandes sich transient änderndem Leistungsbedarf bereits vor und/oder während dieses Veränderungsvorganges unter Berücksichtigung des Einflusses der Wärmeträgheit der in der Anlage enthaltenen Massen in Beziehung zu den Banddurchsatzparametern durch Veränderung des Leistungsstellgrades der Beheizungseinrichtung und/oder durch Veränderung der konvektiven Wärmeübertragung dem jeweiligen Oberflächendurchsatz des Gutes unter Berücksichtigung des jeweiligen Gutquerschnittes bei Beachtung der thermischen Eigenschaften des Gutmaterials angepasst. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Durchlauf-Wärmebehandlungsanlage für Bänder, speziell Bänder aus metallischen Werkstoffen, mit überwiegend konvektiver Wärmeübertragung.
In Durchlaufwärmebehandlungsanlagen für Bänder mit überwiegend konvektiver Wärmeübertragung durch Strömungsbeaufschlagung der kontinuierlich zu- und abgeführten Warenbahn mit einem umgewälzten beheizten Gasstrom wird üblicherweise zur Kontrolle der Heizleistung eine Temperaturregelung für die Beheizungseinrichtung für den Gasstrom eingesetzt. Diese Temperaturregelung erfolgt mit Hilfe von Temperatur-Referenzmessstellen, welche die Ist-Temperatur z.B. des Gasstroms anzeigen. Diese Ist-Temperatur wird vom Regler nach dem Stand der Technik mit der Sollwert-Temperatur verglichen und aus dieser Regelabweichung die Stellgröße ermittelt, mit der die Heizleistung der Abweichung zwischen Temperatur-Sollwert und Temperatur-Istwert entsprechend nachgeregelt wird.
Bei Durchlaufanlagen, die aus mehreren hintereinander angeordneten, in Bezug auf die Temperaturen einzeln einstellbaren Zonen bestehen, die nacheinander von dem Band durchlaufen werden, erfolgt diese Regelung zonenweise.
Solange der Betrieb der Anlage stationär erfolgt, also sich, vom festen Ort aus betrachtet, weder an den Betriebsbedingungen noch an dem Durchsatz irgendetwas ändert, ist diese Regelung voll ausreichend, da sich bei einem einmal eingefahrenen Zustand keine Regelschwankungen mehr ergeben.
Wird dagegen eine Anlage angefahren oder aus anderen Gründen die Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes oder der Banddurchsatz, z. B. durch Veränderung des Bandquerschnittes, verändert - dabei kann die Banddurchlaufgeschwindigkeit konstant bleiben -, so weist diese Art der Heizleistungsverstellung mit Hilfe einer Temperaturregelung erhebliche Nachteile auf.
So wird z. B. eine Durchlaufglühanlage für Metallbänder vor dem Einschalten des Bandlaufes zunächst auf die in den einzelnen Heizzonen erforderliche Betriebstemperatur gebracht. Dabei befindet sich im Ofen ein sogenanntes Vorläuferband, das sich in der Regel in Bezug auf Abmessungen und thermische Eigenschaften erheblich von dem Produktionsband unterscheidet und meist einen wesentlich kleineren Querschnitt hat. Sobald die Verbindungsstelle zwischen Vorläuferband und Produktionsband in die Ofenanlage eintritt, steigt plötzlich der Leistungsbedarf, der zur Erwärmung des Produktionsbandes entsprechend der vorgegebenen Glühkurve in der jeweiligen Zone erforderlich ist. Da die entsprechende Heizleistungserhöhung nicht plötzlich bereitgestellt werden kann und insbesondere erst die Temperatur an dem aus physikalischen Gründen trägen Referenz-Temperaturmessgerät absinken muss, damit der Regler den Bedarf an nachzuführender Heizleistung erkennt, ergeben sich Temperaturschwankungen, die für viele Materialien nicht zulässig sind und insbesondere bei modernen Hochleistungsanlagen, bei denen zur Erzielung eines möglichst hohen Gutdurchsatzes hohe Gutgeschwindigkeiten realisiert werden, außerhalb der zulässigen Toleranzen liegen.
Die gleiche Situation ergibt sich für die Verbindungsstelle zwischen Produktionsbändern, deren Querschnitt und/oder Breite unterschiedlich ist und/oder die wegen unterschiedlichem Bandmaterial unterschiedliche Glühbedingungen erfordern.
Die Folgen sind, dass beim Beispiel einer Durchlauf-Erwärmungsanlage für Metallbänder oft beträchtliche Bandstücke am Anfang eines Bandes wegen zu großer Temperaturabweichungen bei der Wärmebehandlung nicht verwendet werden können und verschrottet werden müssen.
Um die beschriebenen Nachteile zumindest beim Wechsel zu einem neuen Bandbund zu vermeiden, sind bei Bandanlagen, die auf hohe Banddurchlaufgeschwindigkeiten ausgelegt sind, aufwendige, mit vielen Rollen versehene Bandspeicher auf der Einlauf- und der Auslaufseite erforderlich. Diese Bandspeicher sind kostenaufwendig, sie erfordern einen relativ großen Aufstellungsraum und tragen durch die Vielzahl der Rollen, über die das Band geführt werden muss, zu einer Verschlechterung der Qualität der Bandoberfläche bei. Um nach der Wärmebehandlung die Festigkeitseigenschaften der Metallbänder durch das Hin- und Herbiegen beim Lauf durch die vielen Schlingen des Auslaufspeichers nicht unzulässig zu ändern, müssen die Rollen einen erheblichen Durchmesser (Faustformel Dmin ≥ 400 mal Bandstärke) aufweisen. Die Größe der Speicher und die Anzahl der Rollen ließen sich verringern, wenn die Bandgeschwindigkeit beim Wechsel eines Bandbundes in der Anlage verringert werden könnte, was aber beim Betriebsverfahren von Durchlauf-Wärmebehandlungsanlagen nach dem Stand der Technik aus den vorbeschriebenen Gründen nicht möglich ist.
Es wird zwar, wie in der on-line Zeitschrift "Junker News" der Otto-Junker GmbH unter www.otto-junker.de, Ausgabe 3/November 2002 auf S. 6 ausgeführt, für eine Durchlaufglühanlage für Metallbänder die Einstellung der Ofenparameter bereits automatisch mit Hilfe eines so genannten Expertensystems vorgenommen, doch dient dies nur der Auswahl der Ofentemperaturen, Ventilatordrehzahlen und der Anlage- bzw. Bandgeschwindigkeit für den stationären Produktionsbetrieb, also sich zeitlich nicht verändernde Glühbedingungen. Dadurch kann aber der generelle Nachteil der Betriebsverfahren von Banddurchlaufanlagen nach dem Stand der Technik nicht behoben werden, dass bei sich rasch oder plötzlich veränderndem Durchsatz erhebliche Veränderungen der Glühbedingungen stattfinden, die insbesondere bei Anlagen mit hohem Durchsatz zu größeren, nicht spezifikationskonform geglühten Längen des wertvollen Bandmaterials führen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese beschriebenen Nachteile der Anlage nach dem Stand der Technik zu vermeiden.
Dies wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 erreicht.
Zweckmäßige Ausgestaltungen werden durch die Unteransprüche definiert.
Erfindungsgemäß wird die im Erwärmungsteil auf das die Anlage durchlaufende Band zu übertragende Wärme von der Prozesssteuerung der Anlage zur Vermeidung unzulässiger, insbesondere lokaler Temperaturschwankungen im Band bei sich änderndem Banddurchsatz automatisch den jeweiligen Durchsatzparametern wie Massendurchsatz und Oberflächendurchsatz angepasst, wobei neben dem Leistungsstellgrad der Beheizungseinrichtung auch die konvektive Wärmeübertragung dem jeweiligen Oberflächendurchsatz unter Berücksichtigung des jeweiligen Bandquerschnittes bei Beachtung der thermischen Eigenschaften des Bandmaterials durch entsprechende Wahl der Beblasungsstärke der Bandoberfläche angepasst wird.
Dies bedeutet, dass zusätzlich zur Anpassung der Heizleistung an den durch die Anlage geführten Bandmassenstrom, also den Durchsatz an Bandmasse, auch eine Anpassung des konvektiven Wärmeüberganges an die zum Zweck der konvektiven Wärmeübertragung vom Gasstrom beaufschlagte Bandoberfläche vorgenommen wird.
Diese Anpassung erfolgt auf vorteilhafte Weise durch eine entsprechende Veränderung der Ventilatordrehzahl, wodurch sich die Aufblasgeschwindigkeit der Gasströmung auf das Band, die die Haupteinflussgröße für die konvektive Wärmeübertragung darstellt, entsprechend mitverändert. Um eine solche Betriebsweise durchzuführen, ist die Verwendung eines mathematischen Modells zweckmäßig, mit dem der Erwärmungsvorgang des Bandes bzw. des durchlaufenden Gutes in Abhängigkeit von den Durchsatzparametern und den Wärmeübertragungsparametern hinreichend genau kontinuierlich auch für sich zeitlich rasch verändernde Verhältnisse berechnet werden kann. Aus dieser Berechnung ergeben sich die erforderlichen Veränderungen des Stellgrades der Beheizungseinrichtung. Dazu ist die Übermittlung der Informationen aus einer Bandverfolgung nach dem Stand der Technik zu dem das mathematische Modell betreibenden Rechner erforderlich. Der Rechner erhält somit in hinreichend kurzen Intervallen die Daten wie Bandbreite, Banddicke, Bandgeschwindigkeit und Angaben über die Glühbedingungen und kann daraus den erforderlichen Stellgrad der Beheizungseinrichtung sowie die notwendige Veränderung der Ventilatordrehzahlen zur Erzielung der jeweils erforderlichen konvektiven Wärmeübertragung bestimmen.
Der Vorteil dieses erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass stets die Wärmeübergangsbedingungen und diejenige Heizleistung bereitgestellt werden, die für die jeweilige Guterwärmung erforderlich sind, ohne dass auf eine Abweichung der Ist-Temperatur von der Sollwert-Temperatur gewartet werden muss. Außerdem können in besonders vorteilhafter Weise noch die Wärmeträgheit der Einbauteile in der Erwärmungsanlage, die am Wärmeübergang beteiligt sind, wie z. B. Strahlheizrohre bei indirekt gasbeheizten und unter Schutzgasatmosphäre arbeitenden Anlagen, die Massen des Innengehäuses, des Strömungsführungs- und Düsensystems sowie die Massen der üblicherweise aus metallischen Werkstoffen gefertigten Ventilatorräder berücksichtigt werden.
Bei Wärmebehandlungsanlagen, die aus einem Erwärmungsteil und einem nachfolgenden Kühlteil bestehen, kann auf gleiche Weise die Abkühlung den jeweiligen Durchsatzbedingungen angepasst werden. Dadurch ist es möglich, sowohl beim Erwärmen als auch beim Abkühlen die Vorgaben der Wärmebehandlung bezüglich Aufheiz- und Abkühlgeschwindigkeit und Verweilzeit des Bandes in bestimmten Temperaturbereichen, auch unter sich zeitlich rasch verändernden Durchsatzbedingungen, innerhalb zulässiger Grenzen einzuhalten.
Beim Betrieb einer Durchlauf-Wärmebehandlungsanlage für Bänder ist es nach dem erfindungsgemäßen Verfahren folglich auch möglich, bei einem Bandbundwechsel die Banddurchlaufgeschwindigkeit ohne nachteilige Folgen für die Wärmebehandlung beträchtlich zu senken, um dadurch die Größe der erforderlichen Bandspeicher zu reduzieren oder einen oder sogar beide Bandspeicher einzusparen.
In Anlagen mit schwebender Bandführung und Umwälzventilatoren zur getrennten Versorgung der oberen und unteren Schwebedüsensysteme erfolgt die bei Änderung des Banddurchsatzes zur Anpassung der Wärmeübertragung erforderliche Veränderung des konvektiven Wärmeüberganges durch aufeinander abgestimmte Drehzahlverstellung der oberen und unteren Ventilatoren derart, dass die zur Vermeidung von Bandberührung erforderliche resultierende Tragkraft des Schwebedüsensystems erhalten bleibt. Hierzu werden von der Prozesssteuerung, in der die Schwebekraftkurven für das Düsensystem hinterlegt sind, außer den Ventilatordrehzahlen die Banddaten wie Dichte und Abmessungen sowie die Gastemperaturen ausgewertet.
Schließlich ist ein großer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens z. B im Vergleich zu der in den OTTO JUNKER News 3, 2002, beschriebenen Software, dass wegen der präzisen Erfassung der Banderwärmung auch für transiente Vorgänge Materialzustände in dem für Durchlauferwärmungsanlagen hauptsächlich wichtigen Bereich der primären Rekristallisation und im anschließenden Übergang zur sekundären Rekristallisation genau und reproduzierbar angefahren werden können. Hierzu dient erfindungsgemäß ein mathematisches Modell, das mittels bekannter Rekristallisationsdaten, die bei isothermen Untersuchungen gewonnen wurden, durch numerische Integration auch für den nichtisothermen Erwärmungsvorgang in einer Bandduchlaufanlage eine Vorberechnung der Materialeigenschaften wie Korngröße, Härte, Zugfestigkeit und Dehngrenze ermöglicht und eine entsprechende Anlagenführung zur Erzielung und Konstanthaltung dieser Eigenschaften auch bei transienten Zuständen gestattet.
Die Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung wird im Folgenden anhand eines typischen Anwendungsfalles erläutert. Die Figuren 1 und 2 dienen der Veranschaulichung. Es zeigen Figur 1 schematisch eine stark vereinfachte Metall-Band-Glühanlage und Figur 2 ein schematisches Diagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Werkstoffmodells.
Ein Band 1 läuft von einem der beiden Abwickler 2a oder 2b der vorzugsweise als Doppelgruppe ausgeführten Abwickelstation zunächst durch eine Heftmaschine 2c, wo eine Verbindung zwischen dem Anfang des neuen Bandbundes mit dem Ende des vorherigen hergestellt wird.
Danach tritt das Band in eine Bandreinigung 3 ein. Mit zwei S-förmig vom Band umschlungenen Rollen 4 wird der für einen Bandspeicher 5 notwendige Bandzug aufgebaut. Hinter dem Bandspeicher 5 ist ein zur Abgrenzung des niedrigen Ofenzuges dienender erster 3-Rollen-Block 6 angeordnet. Von dort läuft das Band durch eine der Bandverfolgung dienende Heftstellenerfassung 6a und gelangt über eine sich horizontal hin und her bewegende Tänzerrolle 7, die der Konstanthaltung des Bandzuges in Wärmebehandlungsteilen 8 und 9 dient, in eine erste Ofenzone 8a.
An den Ofenteil 8 mit den Zonen 8a, 8b und 8c schließt sich ein Kühlteil 9 mit zwei Zonen 9a und 9b an, wobei die Anzahl der Ofen- und Kühlzonen nach den jeweiligen Anforderungen gewählt wird. Danach läuft das Band über eine zugleich der Bandmittensteuerung dienende Umlenkrolle 10, die in einem schutzgasdichten Gehäuse untergebracht ist, in eine zugleich als Schutzgasabdichtung dienende Wassertasse mit einer Tauchrolle 10a. Über einen Bandtrockner 11 und einen zweiten 3-Rollen-Block 12 gelangt das Band in eine abschließende Oberflächenbehandlung 13 und schließlich über weitere S-Rollen 14 zu einem von zwei Aufwicklem 15a oder 15b.
Durch die Anwendung des beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens, gegebenenfalls in Verbindung mit dem beschriebenen erfindungsgemäßem Werkstoffmodell, ist es möglich, auf einen Bandspeicher hinter der Wärmebehandlung zu verzichten, weil beim Wechsel von einem Bandbund zum nächsten die Bandgeschwindigkeit erheblich, z. B. bei Produktionsgeschwindigkeiten von 100 m/min und mehr auf etwa die Hälfte, verringert werden kann, ohne dass sich Glühbedingungen für das Bandmaterial und folglich auch die erzielten Materialeigenschaften ändern. Dann steht genügend Zeit für das Einfädeln des Bandes in den freien Aufwickler 15a bzw. 15b zur Verfügung. Zum Abschneiden der Heftstelle kann eine mitfahrende Schere 25 nach dem Stand der Technik verwendet werden.
Sobald die Heftstelle und damit der Anfang eines neuen Bandes erfasst wird, stellt die Prozesssteuerung, in die die relevanten Eigenschaften des Bandes inkl. seiner Wärmebehandlung und dem angestrebten Temperaturprofil eingegeben worden sind und die ggf. auch das erfindungsgemäße Werkstoffmodell auswertet, die Beheizungseinrichtungen der einzelnen Ofenzonen 8a, 8b, 8c, im Beispiel der Figur 1 gasbeheizte Strahlheizrohre 21, zonenweise und nacheinander auf den zum neuen Band und seiner Durchlaufgeschwindigkeit passenden Heizleistungsbedarf ein. Gleichzeitig wird - ebenfalls zonenweise - der konvektive Wärmeübergang im Ofenteil 8 mit den Ventilatorantrieben 20o und 20u entsprechend eingestellt.
Das Werkstoffmodell erlaubt während der Veränderung der Banddurchlaufgeschwindigkeit die hinreichende Konstanthaltung der Werksstoffeigenschaften. Dies erläutert beispielhaft das Diagramm Figur 2. Die Werkstoffeigenschaft K, beispielweise die Härte oder die Korngröße, soll nach Abschluss der Wärmebehandlung ca. 53 betragen. Das Werkstoffmodell wählt dazu eine Materialtemperatur aus, für die am Ende der primären Rekristallisation dieser Wert der Eigenschaft K erreicht wird. Die Eigenschaft verändert sich über der Zeit entsprechend den Kurven K. Erfindungsgemäß kommt es also darauf an, für beide Glühkurven sicher den Übergang von primärer zu sekundärer Rekristallisation innerhalb der jeweiligen Glühdauer zu erreichen. Dabei ist die Temperatur des Bandes so zu wählen, dass abhängig vom Abwalzgrad des vor der Wärmebehandlung erfolgten Kaltwalzens und der dadurch erhaltenen Versetzungsdichte die jeweiligen Zeitintervalle, die für die primäre Rekristallisation erforderlich sind, hinreichend kürzer im Vergleich mit der jeweiligen Glühdauer sind. Dabei können die maximale erreichten Materialtemperaturen, wie in der beispielhaften Darstellung in Figur 2 für die hohe und die niedrige Bandgeschwindigkeit gezeigt, unterschiedlich sein, wobei die durchgezogene, untere Kurve für 100 % Banddurchlaufgeschwindigkeit, die obere gestrichelte für 50 % Banddurchlaufgeschwindigkeit gilt. Die Kurven wurden jeweils mit dem mathematischen Werkstoffmodell für die ebenfalls im Diagram eingetragenen Glühkurventemperatur ϑ als Funktion der Zeit (durchgezogen 100 % Geschwindigkeit, gestrichelt 50 % Geschwindigkeit) aus Rekristallisationsdaten für isotherme Verhältnisse berechnet. Ab dem Knick der Kurven bei (A) bzw. (B) verändert sich K nicht mehr merklich, weil dort die sekundäre Rekristallisation beginnt, die um etwa zwei Zehnerpotenzen verlangsamt abläuft.
Wird die Bandgeschwindigkeit verringert, z. B. zum Einfädeln in den Aufwickler oder beim Wechsel zu einem anderen Abwickler, so erfolgen Heizleistungsverstellung und Veränderung des konvektiven Wärmeüberganges parallel und abgestimmt mit der Bandgeschwindigkeitsänderung. Dadurch, dass diese Anpassung zonenweise erfolgt, kann auch die Verweilzeit des Materials bei einer bestimmten Materialtemperatur oder in einem bestimmten Materialtemperaturbereich bei Durchsatzänderung in engen Grenzen beibehalten werden.
Dabei dienen als bestimmende Größen der Bandmassenstrom, also der Durchsatz an Bandmasse, in Verbindung mit dem jeweiligen Gutquerschnitt und dem Oberflächendurchsatz.
Entsprechend kann auch bei der Steuerung/Einstellung des Kühlteils 9 verfahren werden, wobei die Einstellung des konvektiven Wärmeübergangs über die Intensität der Beaufschlagung mit Kühlgas und/oder Kühlflüssigkeit erfolgt.
Die gleiche Steuerung läßt sich auch bei Anlagen zur Wärmebehandlung von schwebend geführten Bändern verwenden, wobei die vom Beblasungssystem erzeugte Schwebekraft sich nur in einem solchen Bereich ändert, der Berührungen des Bandes an Ober- und Unterseite mit Anlagenteilen ausschließt.
Dabei wird die Schwebekraft zweckmäßigerweise auch durch den für die Wärmebehandlung, also Erwärmung oder Abkühlung, erforderlichen umgewälzten Gasstrom erzeugt.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Betrieb einer Durchlauf-Wärmebehandlungsanlage für Bänder (1) aus Stahl oder Metall mit im Laufe des Anlagenbetriebes wechselnden Massendurchsätzen, Querschnitten und/oder Oberflächen mit überwiegend konvektiver Wärmeübertragung auf das Band (1) durch mindestens einen in einem Erwärmungsteil (8) umgewälzten beheizten Gasstrom
    a) mit Einrichtungen zur Regelung und/oder Steuerung der Beheizungseinrichtung für den Gasstrom und den Antrieb eines jeden Umwälzventilators,
    gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
    b) die im Erwärmungsteil (8) auf das Band (1) übertragene Wärme wird von der Prozesssteuerung der Anlage bei durch Änderung der Bandabmessungen und/oder der thermischen Eigenschaften des Bandes sich transient änderndem Leistungsbedarf bereits vor und/oder während dieses Veränderungsvorganges unter Berücksichtigung des Einflusses der Wärmeträgheit der in der Anlage enthaltenen Massen in Beziehung zu den Banddurchsatzparametern
    b1) durch Veränderung des Leistungsstellgrades der Beheizungseinrichtung und/oder
    b2) durch Veränderung der konvektiven Wärmeübertragung
    dem jeweiligen Oberflächendurchsatz des Gutes unter Berücksichtigung des jeweiligen Gutquerschnittes bei Beachtung der thermischen Eigenschaften des Gutmaterials angepasst.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erreichung der angestrebten Materialeigenschaften, gekennzeichnet durch Korngröße oder Härte oder Zugfestigkeit oder Dehngrenze, in der Prozessteuerung ein mathematisches Werkstoffmodell ausgewertet wird, das mittels bekannter Rekristallisationsdaten durch numerische Integration einen Vorberechnung der Materialeigenschaften ermöglicht und eine Anlagenführung zur Erzielung und Konstanthaltung dieser Eigenschaften auch bei transienten Zuständen gestattet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei vorhandenem Abkühlteil (9) die Bandabkühlung im Durchlauf durch Kühlgasumwälzung und/oder durch Beaufschlagung des Bandes (1) mit einer Kühlflüssigkeit erfolgt, wobei zur Anpassung der Wärmeübertragung für die Kühlung die Intensität der Beaufschlagung des Bandes mit dem Kühlmittel auch bei transienten Vorgängen dem Bandmassen- und Oberflächendurchsatz entsprechend verändert wird.
  4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Durchlauf-Wärmebehandlungsanlage um eine Durchlauf-Wärmebehandlungsanlage für berührungsfrei durch die Anlage geführte Bänder aus Stahl oder Metallen handelt.
  5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die automatische Anpassung des Leistungsstellgrades der Beheizungseinrichtung und/oder der konvektiven Wärmeübertragung bei Veränderungen der Abmessungen und/oder der Geschwindigkeiten und/oder aufeinanderfolgenden unterschiedlichen Bändern (1) erfolgt.
  6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einlaufen der Verbindungsstelle unterschiedlicher Bänder in die Vorrichtung die Bandgeschwindigkeit reduziert und nach dem Durchlaufen des Heizteils wieder erhöht wird.
EP04019152A 2003-08-14 2004-08-12 Verfahren zum Betrieb einer Durchlauf-Wärmebehandlungsanlage für Bänder mit überwiegend konvektiver Wärmeübertragung Withdrawn EP1507013A1 (de)

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