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EP1390551B1 - Verfahren und vorrichtung zum thermischen behandeln von metallsträngen, insbesondere von stahlband - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum thermischen behandeln von metallsträngen, insbesondere von stahlband Download PDF

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Publication number
EP1390551B1
EP1390551B1 EP02769462A EP02769462A EP1390551B1 EP 1390551 B1 EP1390551 B1 EP 1390551B1 EP 02769462 A EP02769462 A EP 02769462A EP 02769462 A EP02769462 A EP 02769462A EP 1390551 B1 EP1390551 B1 EP 1390551B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
metal
flux concentrator
metal strand
strand
recited
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP02769462A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1390551A1 (de
Inventor
Werner Bechem
Rolf Brisberger
Walter Trakowski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SMS Siemag AG
Original Assignee
SMS Demag AG
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Filing date
Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/101—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications for local heating of metal pieces
    • H05B6/103—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications for local heating of metal pieces multiple metal pieces successively being moved close to the inductor
    • H05B6/104—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications for local heating of metal pieces multiple metal pieces successively being moved close to the inductor metal pieces being elongated like wires or bands
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/14—Removing excess of molten coatings; Controlling or regulating the coating thickness
    • C23C2/24—Removing excess of molten coatings; Controlling or regulating the coating thickness using magnetic or electric fields
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C26/00—Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for thermal treatment in the coating of metal strands, in particular of steel strip, in which the metal strand moving in motion at the speed corresponding to the predetermined production quantity is heated while aiming at high temperature gradients.
  • the inductive band heats used are based on longitudinal or transverse field heating, the dimensions of the solenoids being a function of the band dimensions, the frequencies of the alternating fields used and the possible force field densities in the magnetic coils, depending on the frequencies used.
  • the furnace consists of a plurality of heating units arranged one behind the other in the material flow direction, each having a narrow induction coil with an associated linear flux concentrator.
  • the invention has the object, a known method and a known device for the thermal treatment of metal strands with the help of an induction furnace with flux concentrator to the effect that the heat required for the heat treatment of the metal strand heat even at high-speed metal strand can be made available and transmitted in a short time, at the same time even lower height of the induction coils of the induction furnace.
  • the claimed method is characterized in that by applying a transverse field flux concentrator made of amorphous ferromagnetic material at the metal strand moving at high speed, the metal temperature in the milliseconds to seconds range is adjusted by inductive heating.
  • the claimed application of the flux concentrator for inductive cross field heating means that no large stray field can form and that therefore the leakage of the magnetic field strength is limited to the pole faces of the flux concentrator.
  • the field densities are thus very high and thus a heating of the metal strand within a very short time on a short tape length is possible.
  • the use of the amorphous material for the flux concentrator provides for the inductive high frequencies used Bander stiirmung the advantage that the associated induction coils can be designed with a much lower overall height.
  • the method is further favorable to apply to processes of metal structure transformation after mechanical treatments. Here too, sufficient heat has to be transferred in a short time.
  • Another application of the method is to initiate diffusion and alloying processes in metallic coatings.
  • An apparatus for the thermal treatment of metal strands, in particular of steel strip, which is surrounded by a magnetic field at high provided by a flux concentrator magnetic field strength, solves the task according to the invention in that at each metal strand side - in metal bands at least on the two flat sides - parallel Arranged to the level of the metal strand side induction coils are arranged, whose cavity is filled by means of a flux concentrator with transverse field heating, which is made of amorphous ferromagnetic material.
  • the flux concentrator is designed approximately bow-shaped and spaced at both ends to the metal strand side has parallel end faces. This allows easier alignment with the metal strand.
  • the device According to other features of the device is provided that their arrangement is advantageous in towers with vertical metal strand guide and between arranged in the belt running direction at greater intervals guide roller pairs. Since the magnetic coils are generally located in areas of production facilities in which the metal strip after a coating for reasons of a high-quality surface for a certain time must not have tape contact with rollers, such systems are used in towers with vertical tape guide. The production costs for such towers are very high due to the requirements of intrinsic stability. Significantly lower overall heights of the magnet coils and thus significantly reduced production costs have an advantageous effect here.
  • the apparatus for the thermal treatment of metal strands, in particular of steel strip 1 has on each metal strand side 1a and 1b, in steel strip 1 on the flat sides 2, parallel to the plane 3 of the metal strand sides 1 a, 1b extending induction coils 4, the cavity 4a by means of a Flux Concentrator 5 is filled.
  • the flux concentrator 5 is made of amorphous ferromagnetic material. As can be seen, the flux concentrator 5 is designed approximately bow-shaped and has at both ends 5a and 5b to the metal strand side 1a and 1b out in each case spaced parallel end faces 5c.
  • This device can be used in towers with vertical metal strand guide and between in the belt running direction 6 at greater intervals arranged guide roller pairs.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum thermischen Behandeln beim Beschichten von Metallsträngen, insbesondere von Stahlband, bei dem der in Bewegung befindliche, mit der der vorgegebenen Produktionsmenge entsprechenden Geschwindigkeit bewegte Metallstrang unter Anstreben von hohen Temperaturgradienten erwärmt wird.
  • Neben den bekannten Verfahren zum Beschichten von Metallband, bei denen eine elektromotorische Kraft zum Zurückhalten des flüssigen Überzugsmaterials am Ausgang eines Beschichtungsbehälters hervorgerufen wird, durch den das Metallband eingeführt wird, sind keine Verfahren bekannt, bei denen dem Metallband Wärme für anderweitige Prozesse bei schnelllaufendem Metallband zugeführt werden kann.
  • Bei der Wärmebehandlung von Metallbändern zu unterschiedlichen Anwendungen müssen aus Gründen der Metallurgie und der Produktivität in kurzer Zeit hohe Temperaturen erreicht werden. Dabei könnte die Bandgeschwindigkeit verlangsamt werden, was sofort zu einer unerwünschten geringeren Produktionsmenge führen würde. Die verwendeten induktiven Banderwärmungen basieren auf einer Längs- oder Querfelderwärmung, wobei die Dimensionen der Magnetspulen eine Funktion der Bandausmaße, der verwendeten Frequenzen der Wechselfelder und der möglichen Kraftfelddichten in den Magnetspulen in Abhängigkeit der verwendeten Frequenzen sind.
  • Aus der Druckschrift US 5,578,233 ist ein Induktionsofen bekannt, der eine homogene Aufheizung von Flachstahlprodukten, die mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit durch den Ofen hindurch geschoben werden, ermöglicht. Der Ofen besteht aus einer Mehrzahl von in Materialflussrichtung hintereinander angeordneten Heizeinheiten, die jeweils eine schmale Induktionsspule mit einem zugeordneten linearen Flux-Konzentrator aufweisen.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein bekanntes Verfahren und eine bekannte Vorrichtung zum thermischen Behandeln von Metallsträngen mit Hilfe eines Induktionsofens mit Flux-Konzentrator dahingehend weiterzubilden, dass die für die Wärmebehandlung des Metallstrangs erforderliche Wärmemenge auch bei schnell laufendem Metallstrang in kurzer Zeit zur Verfügung gestellt und übertragen werden kann, bei gleichzeitig noch geringerer Bauhöhe der Induktionsspulen des Induktionsofens.
  • Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des neuen Patentanspruchs 1 gelöst. Das beanspruchte Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass durch Anwendung eines Querfeld-Flux-Konzentrators aus amorphem ferromagnetischem Werkstoff am mit hoher Geschwindigkeit bewegten Metallstrang die Metallstrangtemperatur im Millisekunden- bis Sekunden-Bereich durch induktives Aufheizen eingestellt wird.
  • Die beanspruchte Anwendung des Flux-Konzentrators zur induktiven Querfelderwärmung bewirkt, dass sich kein großes Streufeld bilden kann und dass sich deshalb der Austritt der magnetischen Feldstärke auf die Polflächen des Flux-Konzentrators beschränkt. Die Felddichten sind somit sehr hoch und damit ist eine Erwärmung des Metallstrangs innerhalb sehr kurzer Zeit auf kurzer Bandlänge möglich. Die Verwendung des amorphen Werkstoffes für den Flux-Konzentrator bietet bei den verwendeten hohen Frequenzen zur induktiven Banderwärmung den Vorteil, dass die zugeordneten Induktionsspulen mit sehr viel geringerer Bauhöhe ausgebildet sein können.
  • Das Verfahren ist weiterhin günstig auf Prozesse der Metallgefüge-Umwandlung nach mechanischen Behandlungen anzuwenden. Hier ist ebenfalls ausreichend Wärme in kurzer Zeit zu übertragen.
  • Eine andere Anwendung des Verfahrens dient zur Initiierung von Diffusions-und Legierungsvorgängen bei metallischen Beschichtungen.
  • Ferner ist eine vorteilhafte Anwendung auf Trocknungs- und Einbrennvorgänge bei organischer Beschichtung von Metallsträngen möglich.
  • Eine Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Metallsträngen, insbesondere von Stahlband, das von einem Magnetfeld bei hoher durch einen Flux-Konzentrator bereitgestellter magnetischer Feldstärkedichte umgeben ist, löst die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass an jeder Metallstrangseite - bei Metallbändern zumindest an den beiden Flachseiten - parallel zur Ebene der Metallstrangseite verlaufende Induktionsspulen angeordnet sind, deren Hohlraum mittels eines Flux-Konzentrators mit Querfeld-Erwärmung ausgefüllt ist, der aus amorphem ferromagnetischem Werkstoff hergestellt ist.
  • Die Vorteile dieser Vorrichtung entsprechen den oben für das beanspruchte Verfahren genannten Vorteilen. Dies gilt umso mehr, als das bei der beanspruchten Vorrichtung der Vektor der magnetischen Induktionsfeldstärke senkrecht auf der Bandoberfläche steht.
  • Eine Weiterbildung besteht darin, dass der Flux-Konzentrator etwa bügelförmig gestaltet ist und an beiden Enden zur Metallstrangseite beabstandet parallele Stirnflächen aufweist. Dadurch kann die Ausrichtung zum Metallstrang leichter erfolgen.
  • Nach anderen Merkmalen der Vorrichtung ist vorgesehen, dass deren Anordnung in Türmen mit senkrechter Metallstrang-Führung und zwischen in Bandlaufrichtung in größeren Abständen angeordneten Führungsrollen-Paare vorteilhaft ist. Da sich die Magnetspulen im allgemeinen in Bereichen von Produktionsanlagen befinden, in denen das Metallband nach einer Beschichtung aus Gründen einer hochqualitativen Oberfläche für eine gewisse Zeit kein Bandkontakt mit Rollen haben darf, werden solche Anlagen in Türmen mit senkrechter Bandführung verwendet. Die Herstellungskosten für solche Türme sind durch die Anforderungen der Eigenstabilität sehr hoch. Hier wirken sich deutlich niedrigere Bauhöhen der Magnetspulen und damit deutlich reduzierte Herstellungskosten vorteilhaft aus.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, das nachstehend näher erläutert wird.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Seitenansicht der Vorrichtung mit Metallband und
    Fig. 2
    eine Vorderansicht gemäß Fig. 1.
  • Die Vorrichtung zur thermischen Behandlung von Metallsträngen, insbesondere von Stahlband 1 weist an jeder Metallstrangseite 1a und 1b, bei Stahlband 1 an den Flachseiten 2, parallel zur Ebene 3 der Metallstrangseiten 1 a, 1b verlaufende Induktionsspulen 4 auf, deren Hohlraum 4a mittels eines Flux-Konzentrators 5 ausgefüllt ist. Der Flux-Konzentrator 5 ist aus amorphem ferromagnetischem Werkstoff hergestellt. Wie ersichtlich ist der Flux-Konzentrator 5 etwa bügelförmig gestaltet und weist an beiden Enden 5a und 5b zur Metallstrangseite 1a und 1 b hin jeweils beabstandet parallele Stirnflächen 5c auf.
  • Diese Vorrichtung kann in Türmen mit senkrechter Metallstrang-Führung und zwischen in Bandlaufrichtung 6 in größeren Abständen angeordneten Führungsrollen-Paaren verwendet werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Stahlband
    1a
    Metallstrangseite
    1b
    Metallstrangseite
    2
    Flachseiten
    3
    Ebene
    4
    Induktionsspule
    4a
    Hohlraum
    5
    Flux-Konzentrator
    5a
    Ende
    5b
    Ende
    5c
    parallele Stirnfläche
    6
    Bandlaufrichtung

Claims (7)

  1. Verfahren zum thermischen Behandeln beim Beschichten von Metallsträngen, insbesondere von Stahlband (1), bei dem der in Bewegung befindliche, mit der der vorgegebenen Produktionsmenge entsprechenden Geschwindigkeit bewegte Metallstrang (1) unter Anstreben von hohen Temperaturgradienten über einen Flux-Konzentrator (5) erwärmt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass durch Anwendung eines Querfeld-Flux-Konzentrators (5) aus amorphem ferromagnetischen Werkstoff am mit hoher Geschwindigkeit bewegten Metallstrang (1) die Metallstrang-Temperatur im Millisekunden- bis Sekunden-Bereich durch induktives Aufheizen eingestellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    gekennzeichnet durch,
    dessen Anwendung auf Prozesse der Metallgefüge-Umwandlung nach mechanischen Behandlungen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1,
    gekennzeichnet durch,
    dessen Anwendung zur Initiierung von Diffusions- und Legieningsvorgängen bei metallischen Beschichtungen.
  4. Verfahren nach Anspruch 1,
    gekennzeichnet durch,
    dessen Anwendung auf Trocknungs- und Einbrennvorgänge bei organischer Beschichtung von Metallsträngen (1).
  5. Vorrichtung zur thermischen Behandlung beim Beschichten von Metallsträngen (1), insbesondere von Stahlband, das von einem Magnetfeld bei hoher magnetischer Feldstärkedichte umgeben ist und ein Flux-Konzentrator (5) vorgesehen ist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an jeder Metallstrangseite (1a; 1b), bei Metallbändern (1) zumindest an den beiden Flachseiten (2) parallel zur Ebene (3) der Metallstrangseite (1a; 1b) verlaufende Induktionsspulen (4) angeordnet sind, deren Hohlraum (4a) mittels eines Flux-Konzentrators (5) mit Querfeld-Erwärmung ausgefüllt ist, der aus amorphem ferromagnetischem Werkstoff hergestellt ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Flux-Konzentrator (5) etwa bügelförmig gestaltet ist und an beiden Enden (5a; 5b) zur Metallstrangseite (1a; 1b) beabstandet parallele Stirnflächen (5c) aufweist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6,
    gekennzeichnet durch,
    deren Anordnung in Türmen mit senkrechter Metallstrang-Führung und zwischen in Bandlaufrichtung (6) in größeren Abständen angeordneten Führungsrollen-Paaren.
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