SE515593C2 - Apparat för värmning av ett metallband - Google Patents

Description

515 593 Vid TFH-I används elektromagneter med motsatt polaritet placerade på motsatta sidor av den metall som skall värmas. Under inverkan av ett magnetiskt fält som leds genom metallen, värms metallen. Metallen måste i detta fall vara elektriskt ledande men behöver inte vara magnetisk. Därfor kan även koppar, aluminium och rostfritt stål värmas medelst denna teknik. Användning av TFIH for uppvärmning av metallband beskrivs t.ex. i US-A-4 585 916, EP 0 246 660 Bl, EP 0 346 547 Bl och EP 0 667 732 A2.

En utrustning for tillverkning av kallvalsat eller slutligen glödgat rostfritt stålband innefattar vanligen åtminstone två glödgningssektioner; en inledande glödgningssektion och en blankglödgningssektion. I den inledande glödgningssektionen värmebehandlas den varmvalsade bandrullen för att göra den lättare att forma vid efterföljande kall- valsning. Eftersom t.ex. varrnvalsat austenitiskt stålband har ett ytskal som finns kvar från varmvalsningsprocessen räcker det att glödga bandet vid en lämplig temperatur i en kontinuerlig glödgningsugn som är öppen mot atmosfären (luft). Denna process följs av en process for att avlägsna glödskal från varmvalsningen samt skal som bildats vid glödgningsprocessen. Efier tvättning och torkning är bandet i lämpligt skick för kallvalsning.

För ytbestämmande mellanglödgning och slutglödgning, då en hög grad av ytreflexionsförmåga krävs, måste man skydda bandytan från att oxideras. Detta uppnås i en kontinuerlig strängugn som innehåller en skyddande, icke oxiderande gas. Vid sådana ugnar kan utnyttjas direktstrålande värme med hjälp av konduktionen hos den skyddande gasen eller genom indirekt värmestrålning från en metallretort som innehåller den skyddande gasen och som värms separat. En stor nackdel hos dessa metoder enligt känd teknik är att strålningsvärmning, i synnerhet strålningsvärmning via ett gasformigt medium, är en långsam process. Glödgningsugnar av denna typ är därför vanligen förhållandevis långa på grund av den tid som krävs for att höja temperaturen hos bandet helt igenom till önskad glödningstemperatur och för att åstadkomma en adekvat produktionshastighet. Kapitalkostnaderna for sådana ugnar är därför förhållandevis höga.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Syftet med uppfinningen är att eliminera explosionsrisk då den skyddande gasen i nämnda ugnskammare åtminstone huvudsakligen består av väte. Det for uppfinningen utmärkande är härvid att det aggregat som innefattar nämnda ugnskammare och nämnda flödesinduktionselement som är placerade mittemot varandra på utsidan av ugns- 515 595 kammaren, är inneslutna i ett yttre hölje, som innehåller en icke-explosiv gas, som skulle fungera som säkerhetshölj e i händelse av oavsiktligt brott i den ugnskammare som innehåller väte.

Enligt en aspekt på uppfinningen bringas det metallföremål som skall uppvärmas att passera, i en värmningssektion, genom en gastät kammare som åtminstone delvis är gjord av ett isolerande och elektriskt icke ledande material, medan det värms genom transversell flödesinduktionsuppvärmning genom åtminstone två motstående väggar hos kammaren med hjälp av element för transversell flödesinduktionsvärmning anordnade utanför kammaren, som innehåller den skyddande, icke-oxiderande gasen som åtminstone huvudsakligen består av väte, Lämpligen består åtminstone de motstående väggar, genom vilka metallföremålet är anordnat att värmas genom transversell flödesinduktion, åtminstone huvudsakligen av ett keramiskt material som har de nödvändiga egenskapema för värmeisolering, icke elektrisk ledningsförmåga och mekanisk hållfasthet för att uppfylla de nödvändiga kraven hos processen och konstruktionen.

Uppfinningen har utvecklats i första hand för blankglödgning av rostfria stålband som kan variera i bredd från normalt 200 mm till 1500 mm, Ett syfte med uppfinningen är härvid också att band med olika bredder, men med ett förhållande mellan bredast och smalast tänkbara band icke överstigande 2:1, skall kunna värmas i anordningen.

Värmehöljet är därför gjort så brett att det kan inrymma det bredaste band som skall värmas i värmningslinj en. För att åstadkomma god värmeeffektivitet hos 'FFIH- elementen kan induktorema vidare anordnas tätt intill eller nära kammarens eller hölj ets bredsidor, varvid kylkanaler kan ordnas mellan kammawäggama och induktorema.

Ytoma på induktorema kan även isoleras från stark hetta genom täckning med värmeisolerande material som är icke elektriskt ledande.

Såsom inses av ovanstående är värmekammaren förhållandevis trång i den riktning som är vinkelrät mot bandets plan. Värdet på detta mått beror på de fysiska egenskaperna hos det band som skall värmas men bör vara så litet som möjligt för att åstadkomma maximal värmning från induktorema. På grund av den förhållandevis höga hastigheten på utvecklingen av den värme som kan uppnås genom transversell flödesinduktions- värmning är längden på värmekammaren kort ijämförelse med ugnar där man utnyttjar konventionella värmekällor. Dessutom, eftersom dimensionerna hos kammaren är små i jämförelse med konventionellt värmda glödgningsugnar, är den volym av skyddsgas som krävs förhållandevis liten, vilket bidrar till processens kostnadseffektivitet. 515 595 Konstruktionen hos kammaren kan endera utgöras av en trumma (muffel) eller hölje med inlopps- och utloppsöppningar for bandet, i vilken kammare de värmeisolerande konstruktionselementen (skivoma) åtminstone sträcker sig över kammaren, parallellt med bandets plan, varvid dimensionen hos kammaren vinkelrätt mot bandets plan är förhållandevis liten. Typiskt har den en huvudsakligen rektangulär tvärsektion, men formen kan även utgöras av en långsträckt oval eller ha annan tvärsektion.

Det är även möjligt att kombinera nämnda TFHI med en konventionellt värmd enhet såsom forvärmningssektion, då en särskilt lång behandling krävs for att uppnå önskade egenskaper hos bandet.

Det är även möjligt att kombinera nämnda TFIH med konventionell elektrisk värmning medelst värmestrålningselement i en ytterligare eller kompletterande, konventionell blankglödgningsugnssektion efter eller, eventuellt, fore blankglödgningssektionen av TFIH-typ.

TFIH är, såsom den används enligt föreliggande uppfinning, i forsta hand en metod for snabb värmning. Detta hindrar emellertid inte att TFIH, enligt en tänkbar version av sättet enligt uppfinningen, fördelaktigt kan användas även for tillämpningar där det är nödvändigt att reglera den hastighet vid vilken metallen måste värmas. Vid tunna banddimensioner kan sålunda krävas en mer gradvis eller långsam uppvärmnings- hastighet till arbetstemperatur for att undvika distorsion. Detta kan uppnås med lämpligt val av flera induktorer, t.ex. en lågeffektsinduktor for att värma metallen förhållandevis långsamt ett stycke upp mot önskad sluttemperatur, följd av en eller flera induktorer med högre effekt for resten av uppvärmningscykeln. Vid denna applikation är benämningen gradvis därfor mer träffande än snabb vad gäller uppvärmnings- hastigheten, även om värmningen är snabbare än som kan uppnås genom konventionella värmningsenheter.

Växelspänning tillförs induktom eller induktorema. För ferromaterial kan frekvensen vara vilken som helst mellan 200 Hz och 3000 Hz eller mer med effektnivåer upp mot 3 MW eller mer. Valet beror på dimensionerna hos bandet eller annan sträng och den nödvändiga eller önskade produktionshastigheten.

Uppfinningen kan användas även for andra värmningsapplikationer än i samband med glödgningsoperationer, men dess främsta fordel ligger i tillämpningar där utrymmet är begränsat och/eller där en konventionell värmningsenhet är dyrbar. 515 593 Ytterligare karaktäristiska egenskaper och aspekter på uppfinningen kommer att framgå av följande beskrivning av några utforingsformer och av efterföljande patentkrav.

KORT FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall nu beskrivas mer i detalj med hänvisning till efterföljande ritningsfigurer, i vilka Fig. 1 mycket schematiskt illustrerar principema hos uppfinningen enligt en forsta foredragen utforingsform, Fig. 2 mycket schematiskt visar TFIH-sektionen utmed en linje H-II i Fig. 1, Fig. 3 mycket schematiskt illustrerar en värmningslinje i vilken en TFlH-sektion är kombinerad med en kompletterande blankglödgningssektion av mer konventionellt slag, Fig. 4 mycket schematiskt illustrerar en utforingsform av TFIH-sektionen, vid vilken utnyttjas en mufibl i ett yttre hölj e, och Fig. 5 mycket schematiskt illustrerar en utforingsform av TFIH-sektionen, innefattande en värmekammare integrerad med ett yttre hölje.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Fig. 1 illustrerar mycket schematiskt en blankglödgningslinj e som kan inkluderas i ett kallvalsverk for tillverkning av rostfritt stålband med mycket hög ytreflexionsförmåga.

Den i Fig. 1 illustrerade blankglödgningslinjen innefattar en avlindningshaspel 1 for avlindning av ett band 2 av kallvalsat rostfritt stål, en avfettningsenhet 3, en inlopps- sektion 4, en TFH-I-sektion 5 for transversell flödesinduktionsvärmning, en kylsektion 6 en utloppssektion i form av en långsträckt kammare (trumma) ll efter kylsektionen 6, och en haspel 10 for upptagning av det blankglödgade stålbandet. Vidare innefattar 7 linjen en värmeväxlare 7 for kylning av använd och uppvärmd skyddsgas innan denna recirkuleras for återanvändning, en fläkt 8 for att blåsa kyld, recirkulerad skyddsgas in i kylsektionen 6, ett rörelseorgan (en motor) 9 for att mata stålbandet 2 genom linjen och ett antal styr- och sträckrullar som inte har numrerats. Det skall inses att linjen även kan innefatta kompletterande utrustning, såsom kapnings- och svetsenheter, ackumulatorer (loopers), sträckvalsar och liknande samt andra konventionella eller okonventionella detaljer och organ for att kontinuerligt transportera ett metallband och en skyddsgas genom en blankglödgningslinje. Sådana kompletterande utrustningar representeras och indikeras genom hänvisningsbeteckningarna A1 och A2. 515,59: I blankglödgningssektionen 5 är ett TFIH-element 15 och 16 anordnat på vardera sidan om bandet 2 och mellan de två TFH-elementen en kammare i form av en muffel 17, genom vilken bandet 2 transporteras. Muffeln 17 sträcker sig utmed TFH-I-sektionens 4 hela längd och förbi ändarna på TFIH-elementen 15 och 16.

Med hänvisning nu även till Fig. 2 består muffeln 17 enligt utföringsformen av en jämförelsevis plan trumma eller rör med rektangulär tvärsektion. Två breda sidoväggar 18 och 19 är vända mot TFIH-elementen 15 respektive 16. Bredden på insidesytoma på de breda väggarna 18 och 19 är större än den maximala bredden på varje band 2 avsett att behandlas i glödgningslinjen. De ändväggar som är vinkelräta mot de breda sido- väggarna 18 och 19 är betecknade 20, respektive 21. Avståndet mellan insidoma på de breda sidoväggama 18 och 19 är så litet som möjligt för att bandet 2 skall kunna ledas genom muffeln 17 utan att beröra muffelns väggar och kan uppgå till omkring -100 mm, företrädesvis endast till 35-60 mm.

Muffeln är enligt utföringsformen tillverkad av värmeisolerande och elektriskt icke ledande, keramiskt material i skivform. Det är även tänkbart att muffeln kan vara gjuten eller tillverkad genom spraytekniker, om karaktären på det valda keramiska material så tillåter. För att åstadkomma en muffel med tillräcklig mekanisk hållfasthet kan änd- väggarna 20 och 21 göras avsevärt tjockare än de breda sidoväggar 18 och 19 som är vända mot TFIH-elementen 15 och 16. Det är även möjligt att anordna förstyvnings- organ utanför och/eller på insidan av de breda sidoväggarna 18 och 19 i förstärknings- syfie i form av ribbor och/eller en laminerad konstruktion. En lämpligaste tvärsektions- form på muffeln kan vara en långsträckt oval, i synnerhet då en sprayteknik används för tillverkningen av muffeln.

Helst bör muffeln vara gastät. Det är emellertid möjligt att innesluta hela aggregatet (muffel och induktorer) i en gastät inkapsling, som kan innehålla en icke explosiv gas, som skulle fungera som säkerhetshölje, om ett oavsiktligt brotti muffeln skulle inträffa.

Då det är fråga om en konstruktion av kammartyp kan den yttre sektion som innehåller induktorerna även innehålla en skyddsgas. Vid vardera konstruktionen kan den gas som omger muffeln eller glödgningskammaren innehålla samma gas som finns i glödgnings- kammaren. Om denna gas i sig är explosiv, om den utsätts för atmosfären vid glödgningstemperaturer, rekommenderas snabb avlufining av hela ugnen med inert gas i enlighet med vad som är gängse säkerhetspraxis vid ugnar av konventionell konstruktion. 515593 En rektangulär inloppsöppning 24 till muffeln 17 är gastätt ansluten till den första trumformade sektionen 4, som utgör inloppssektion. Inloppstrumman 4 kan vara gjord av stålplåt och ha rektangulär tvärsektion men vara storleksmässigt större än den hos muffeln. Inloppstrumman 4 uppvisar en inloppsanordning, såsom tätningsrullar eller tätningskuddar 26 av filt för att förhindra lufitillträde till ugnen. En rektangulär utlopps- öppning 25 hos muiïeln 17 är lufltätt ansluten till en kylkammare 27 i kylsektionen 6, däri förväg kyld skyddsgas riktas mot båda ytoma på bandet tillräckligt snabbt för att kyla bandet med nödvändig hastighet för att avsluta glödgningsbehandlingen av bandet; typiskt med en hastighet av 100°C/s för rostfritt stål. Anordningen för att kyla och recirkulera kylgasen utgörs typiskt av en värmeväxlare 7, som vid behov förstärks genom extra nedkylning. Gasen cirkuleras genom kylkammaren 27 och genom värmeväxlaren 7 med hjälp av fläkten 8 som är anordnad i en grenledning 23.

Resten av konstruktionen innefattar utloppssektionen l 1, som består av ett rör eller trumma av liknande konstruktion som inloppstrumman 4 och som i sin tur avslutas med en anordning 28 för att förhindra lufitillträde till systemet.

Ehuru tätningar 26 och 28 är anordnade vid inlopps- och utloppsändarna hos den integrerade ugnen kan gasförluster inte helt undvikas. Sådana förluster ersätts av färsk skyddsgas som införs i inlopps- och utloppssektionema 4 och 11 genom ledningarna 31 respektive 32 från en icke visad skyddsgaskälla. Lämpligen bör inte förekomma något gasflöde genom kammaren/muffeln 17. Tvärtom bör gasen i muffeln 17 vara så stationär som möjligt för att befrämja snabb och likformig värmning av bandet 2 som passerar genom muifeln. Av denna anledning bör gastrycket i inloppssektionen 4 och i kylsektionen i närheten av muiïelns 17 inlopps- och utloppsöppningar 24 och 25 vara lika. Gastryckskännande sensorer 33 och 34 bör därför vara anordnade i närheten av nämnda inlopps- och utloppsöppningar 24 respektive 25. Nämnda sensorer 33 och 34 är anslutna till en icke visad styrenhet för förmedling av de uppmätta värdena på gas- trycket till nämnda styrenhet för reglering av flödet av färsk skyddsgas genom ledningarna 31 och 32 till inlopps- och utloppssektionerna 4 och ll i syfie att upprätthålla jämvikt i gastryck på muffelns 17 inlopps- och utloppssidor, varigenom gasflöde genom muffeln kan minimeras. Nära muffelns inlopp s- och utloppsöppningar 24 och 25 är även anordnade valsar 35 och 36, som håller bandet i position och som även medverkar till att förhindra gasrörelser.

Den i Fig. 1 och 2 visade blankglödgningslinjen och utrustningen arbetar på följande sätt. Det rostfria stålbandet 2, som antas ha kallvalsats till en mycket hög grad av 515 595 0 ytreflexionsförmåga, avlindas från haspeln 1 och avfettas i avfettningsenheten 3 innan det går in genom inloppsöppningen till inloppstrumman 4 till TFIH-sektionen 5. När bandet kommer in i muffeln 17 i TFIH-sektionen 5, värms det omedelbart genom inverkan från de transversellt verkande flödesinduktionselementen 15, 16 liksom av den heta, stationära skyddsgas som finns i muffeln, till den önskade glödgnings- temperaturen, som för rostfritt stål kan ligga i området 700 till 1200°C och bibehålls vid denna temperatur tillräckligt länge i muffeln för att stålet skall rekristalliseras full- ständigt. En typisk längd på muffeln 17 är två meter. Efiersom det heta bandet skyddas av en skyddsgas, lämpligen väte eller eventuellt kväve eller argon och/eller någon annan inert gas, kommer ytoma på det varma bandet inte att oxidera, vilket det skulle göra vid nämnda temperatur i kontakt med luft eller annan oxiderande gas.

När bandet sålunda har värmts, fortsätter det in i kylsektionen 6, där det kyls ned i kylkammaren 27 med hjälp av förkyld skyddsgas, som blåses på bandytoma med hjälp av fläkten 8 genom två vinkelställda gasinloppskammare 37 och 38, vilka omger det band som skall kylas, så att hastigheten i värmeförlust är åtminstone 100°C per sekund till under en temperatur av 600°C, då det är fråga om austenitiskt rostfritt stål. När bandet har lämnat kylsektionen 6 fortsätter det genom den långa kammaren 11 som följ er efter kylsektionen 6, varvid det förlorar värme tills det kommer ut i atmosfären vid en temperatur som inte är större än 100°C. Slutligen hasplas bandet på haspeln 10.

Med hänvisning nu till Fig. 3 är en ytterligare eller kompletterande, konventionell blankglödgningssektion 5A anordnad mellan TFlH-sektionen 5 och kylsektionen 6.

Denna utformning ger extra tid för att hålla bandet vid anlöpningstemperaturen för legeringar i vilka rekristallisationen är jämförelsevis långsam. Gastryckssensorema 33 och 34 är i detta fall lämpligen placerade i närheten av inloppsöppningen till muffeln 17, respektive i närheten av utloppsöppningen från den kompletterande blank- glödgningssektionen SA för att förhindra flöde av skyddsgas genom de två värme- sektionerna 5 och 5A för att fastmer hålla gasen stationär inte endast i muffeln 17 utan även i den extra värmningssektionen SA. För övrigt är utrustningen liknande eller identisk med den som beskrivits med hänvisning till Fig. 1 och 2.

Såsom nämnts i det föregående är det möjligt att innesluta TFlH-aggregatet (induktorerna 15, 16 och muffen 17) i ett gastätt hölje, som kan innehålla en icke explosiv gas, som skulle fimgera som säkerhetshölje i händelse av oavsiktligt brott i muffeln. En sådan konstruktion kan även tjäna till att kyla induktorema 15, 16, vilka s1s,s9z annars skulle löpa risk att skadas på grund av värmestrålning från de breda muñel- väggarna 18, 19. Fig. 4 och 5 visar två utforingsforiner.

Enligt Fig. 4 innesluter ett yttre hölje 40, som är gjort av stål med eldfast infodring, induktorema 15 och 16 samt muffeln 17. Utrymmet 41 på insidan av det yttre höljet 40 är fyllt med en icke explosiv gas, till exempel kväve, medan muffeln innehåller en skyddsgas, som kan utgöras av väte, dvs en gas som är explosiv om den blandas med luft. Anordningar kan även vidtas for att cirkulera den icke explosiva gasen i utrymmet 41, varvid gasflödet speciellt dirigeras genom spaltema 42 och 43 mellan induktorema , 16 och muñeln 17. Den icke explosiva gasen på insidan av det yttre höljet 40 cirkuleras lämpligen genom ett kylsystem, som innefattar en fläkt och en värmeväxlare på ett sätt liknande det som i det föregående har beskrivits med hänvisning till kyl- sektionen 6.

Enligt Fig. 5 är kammaren i TFIH-sektionen betecknad 17', Kammaren 17” är gjord av två skivor 18' och 19', vilka bildar kammarens 17' breda sidoväggar, varvid nämnda skivor 18' och 19' sträcker sig mellan och är forbundna med två motstående ändväggar hos det yttre höljet 40. Kammaren 17' bildar en skiljevägg i det yttre höljet 40, så att detta avdelas i två kammare 41A och 41B, vilka innehåller induktom 15, respektive induktom 16. De två karnrama 41A och 41B är fyllda med icke explosiv gas, tex. kväve, som cirkulerar for kylning av induktorema och de yttre ytoma på kammarens 17' väggar 18' och 19”. Även vid denna utforingsform kan fläktar och värmeväxlare, som kan inkludera en eller flera kylanordningar, inkluderas i systemet.

Claims (7)

1. 0 15 20 25 30 35 515__ 595 PATENTKRAV l. Apparat för värmning av ett metallband eller annat hasplingsbart, strängformat metallföremål till förhöjd temperatur utan oxidering av nämnda metallföremål, som är oxiderbart i gas eller annan oxiderande gas vid nämnda förhöjda temperatur, varvid apparaten innefattar en gastät ugnskammare (17), genom vilken metallföremålet är anordnad att passera, vilken ugnskammare är gjord åtminstone delvis av ett isolerande och elektriskt icke-ledande material och innehåller en skyddande, icke-oxiderande gas och har inlopps- och utloppsöppningar (24, 25) för metallföremålet och för nämnda skyddande, icke-oxiderande gas i ugnskammarens ändar, och varvid transversellt verkande flödesinduktionsvärmeelement (15, 16) är anordnade motställda varandra på utsidan av kammaren för transversell flödesinduktionsvärmning av nämnda metallföremål genom två motstående kammarväggar (18, 19) medan metallfiñremålet transporteras genom kammaren, k ä n n e t e c k n a t a v att den skyddande gasen i nämnda ugnskammare åtminstone huvudsakligen består av väte, och att det aggregat som innefattar nämnda ugnskammare (17) och nämnda flödesinduktionselement (15, 16) som är placerade mittemot varandra på utsidan av ugnskammaren, är inneslutna i ett yttre hölje (40), som innehåller en icke-explosiv gas, som skulle fimgera som säkerhets hölje i händelse av oavsiktligt brott i den ugnskammare som innehåller väte.

2. Apparat enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d a v att det yttre höljet (40) är fyllt med kväve.

3. Apparat enligt något av kraven 1 - 2, k ä n n e t e c k n a d a v anordningar för att cirkulera den icke-explosiva gasen i utrymmet (41) i det yttre hölj et (40).

4. Apparat enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d a v att gasflödet hos nämnda cirkulerande gas dirigeras genom spalter (42, 43) som finns mellan flödesinduktionselementen (15, 16) och ugnskammaren (17) som innehåller nämnda vätgas.

5. Apparat enligt krav 3 eller 4, k ä n n e t e c k n a d a v att den icke-explosiva gas som cirkuleras inuti det yttre hölj et cirkuleras genom ett kylsystem.

6. Apparat enligt något av kraven 1 - 5, k ä n n e t e c k n a d a v att det yttre höljet (40) är gjort av stål med eldfast infordring.

7. Apparat enligt något av kraven 1 - 6, k ä n n et e c k n at a v att ugnskammaren har formen av en muffel.