METALLBANDES

Den Gegenstand dieser Erfindung bildet eine

Bandbehandlungsanlage zur kontinuierlichen Wärmebehandlung eines Metallbandes mit einem Glühofen und einer nachfolgenden beheizbaren Überalterungskammer. Das Metallband wird dabei in der Überalterungskammer über mehrere vertikal beabstandete Rollen geführt, sodass es die Überalterungskammer mäanderförmig durchläuft.

Herkömmliche Bandbehandlungsanlagen bestehen aus mehreren Kammern, in denen das Metallband zuerst auf die Glühtemperatur erhitzt und für eine bestimmte Zeit auf dieser Temperatur gehalten wird. Es ist auch möglich, dass eine definierte Temperaturkurve abgefahren wird. Derartige Glühöfen sind hinlänglich bekannt. Danach wird das Metallband entsprechend einer vorgegebenen Kühlrate heruntergekühlt, auf eine definierte

Überalterungstemperatur (over-aging temperature) gebracht und für eine vorgegebene Zeitspanne auf dieser Temperatur gehalten. Sogenannte Überalterungskammern dienen also dazu, ein Metallband für eine genau definierte Zeit auf einer bestimmten Temperatur zu halten (over-aging temperatur). Häufig werden diese Kammern auch als „Holding Chambers" oder „Soaking Chambers" oder auch als „Partitioning Chambers" bezeichnet. Die Temperatur sollte innerhalb der Überalterungskammer möglichst konstant sein und liegt je nach Metallbandlegierung zwischen 150°C und 500°C. In diesen Überalterungskammern herrscht in der Regel auch eine Schutzgasatmosphäre bzw. eine reduzierende Atmosphäre, beispielsweise ein Wasserstoff-Stickstoff-Gemisch. Im Anschluss kann das Metallband auf Raumtemperatur abgekühlt werden oder zum Beispiel in Galvanisierungsanlagen, wie Verzinkungsanlagen, auf die Beschichtungstemperatur gebracht werden.

All diese Wärmebehandlungsschritte beeinflussen die mechanischen Eigenschaften des Metallbandes. Dabei ist es wichtig, dass das Metallband nicht nur auf eine gewisse Temperatur erhitzt wird, sondern auch für eine genau festgelegte Zeitspanne in der Überalterungskammer auf einer definierten Temperatur gehalten wird. Ebenso beeinflussen die Aufheizraten und die Abkühlraten die Bandeigenschaften. Unterschiedlich dicke bzw. unterschiedlich zusammengesetzte Metallbänder benötigen außerdem unterschiedliche Wärmebehandlungsparameter .

Die Verweilzeit des Metallbandes in der Überalterungskammer wird durch die Bandgeschwindigkeit und durch die Bandlänge im Überalterungsofen festgelegt. Die Länge des Bandes in herkömmlichen Überalterungskammern ist durch die Anordnung der Umlenkrollen vorgegeben, sodass die Verweilzeit nur über die Bandgeschwindigkeit regelbar ist. Die Bandgeschwindigkeit lässt sich jedoch nur in sehr eingeschränktem Maße variieren, da sich jede Geschwindigkeitsänderung natürlich auch auf die Produktionskapazität, die Aufheizrate und die Kühlrate auswirkt .

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Bandbehandlungslinie bereitzustellen, in der die Verweilzeit des Metallbandes in der Überalterungskammer in breiteren Bereichen einstellbar ist, sodass völlig unterschiedliche Metallbänder mit der gleichen Bandbehandlungsanlage behandelt werden können, wobei immer eine optimale Verweilzeit in der Überalterungskammer eingestellt werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Bandbehandlungsanlage gemäß Patentanspruch 1. In der Überalterungskammer ist also zumindest eine Umlenkrolle in vertikaler Richtung verfahrbar, sodass dadurch die Länge des Metallbandes in der Überalterungskammer einstellbar ist. Dadurch ist auch die Verweilzeit des Metallbandes in der Überalterungskammer einstellbar .

Somit kann die Verweilzeit unabhängig von der Bandgeschwindigkeit eingestellt werden und zwar durch die Änderung der Bandlänge in der Kammer. Dadurch kann ein und dieselbe Bandbehandlungsanlage unterschiedliche Produktionsanforderungen erfüllen und auch flexibel an neue Bedingungen angepasst werden.

Idealerweise wird für ein vorgegebenes Bandformat (Banddicke, Bandzusammensetzung, Bandbreite) und einem vorgegebenen Wärmezyklus (Glühtemperatur, Kühltemperatur, Kühlraten...) die Bandgeschwindigkeit hinsichtlich maximaler Produktionskapazität festgelegt. Auf Basis dieser Bandgeschwindigkeit wird die erforderliche Bandlänge in der Überalterungskammer eingestellt, sodass die optimale bzw. durch den Wärmezyklus vorgegebene Verweilzeit des Metallbandes in der Überalterungskammer erreicht wird.

Die hier beschriebene Überalterungskammer darf nicht mit einem herkömmlichen Bandspeicher (Looper) verwechselt werden. Auch Looper haben verfahrbare Rollen und können unterschiedliche Bandlängen aufnehmen. Sie dienen jedoch dem Ausgleich von unterschiedlichen Bandgeschwindigkeiten in der Anlage. Wenn beispielsweise ein neu in die Anlage eingeführtes Band mit dem Ende des vorherigen Bandes verschweißt werden muss und das Band dafür angehalten werden muss, sorgt der Bandspeicher durch die Abgabe von gespeichertem Band dafür, dass sich die Bandgeschwindigkeit in den nachfolgenden Behandlungsanlagen trotzdem nicht ändert. Derartige Looper werden jedoch bei

Umgebungstemperatur in Umgebungsluft betrieben. Sie dienen nur um unterschiedliche Bandgeschwindigkeiten auszugleichen und führen keine Wärmebehandlung durch.

Es ist günstig, wenn in der erfindungsgemäßen Überalterungskammer mehrere Umlenkrollen in vertikaler Richtung verfahrbar sind. Dadurch kann die aufgenommene Bandlänge stark variiert werden.

Vorteilhafterweise sind eine oder mehrere obere Umlenkrollen in vertikaler Richtung verfahrbar.

Es ist vorteilhaft, wenn eine oder mehrere verfahrbare Umlenkrollen in einer bestimmten Position, in die sie zur Erreichung einer vorgegebenen Bandlänge verfahren wurden, abgestützt oder fixiert werden. Für die Behandlung eines bestimmten Metallbandes bleiben die Umlenkrollen ohnehin an dieser definierten Position. Durch die Abstützung oder Fixierung kann der Hebemechanismus für die Umlenkrollen entlastet werden.

Die Überalterungskammer wird bevorzugt elektrisch beheizt, beispielsweise mit Strahlrohren. Das in der Überalterungskammer befindliche Gas kann aber auch abgesaugt, elektrisch erhitzt und dann wieder eingedüst werden. Die erfindungsgemäße Überalterungskammer ist beispielsweise vor einer Beschichtungsanlage angeordnet.

Es ist vorteilhaft, wenn zwischen dem Glühofen und der Überalterungskammer eine Kühlsektion angeordnet ist, da ein derartiger Kühlschritt für viele Wärmebehandlungen erforderlich ist.

Die Erfindung betrifft neben der Vorrichtung auch ein Verfahren zum kontinuierlichen Wärmebehandeln eines Metallbandes gemäß Patentanspruch 9.

Dabei wird für die Wärmebehandlung des Metallbandes in der Überalterungskammer eine Verweilzeit festgelegt und dann durch das Verfahren von zumindest einer Umlenkrolle die Bandlänge und somit auch die Verweilzeit eingestellt.

Dabei ist es günstig, wenn das Metallband in der Überalterungskammer in einer Wasserstoff-Stickstoff- Atmosphäre wärmebehandelt wird.

Im Folgenden werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Überalterungskammer nach dem Stand der Technik.

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Überalterungskammer mit einer verfahrbaren oberen Umlenkrolle;

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Überalterungskammer mit einer verfahrbaren unteren Umlenkrolle; Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Überalterungskammer mit mehreren verfahrbaren oberen Umlenkrollen;

Fig. 5 eine schematische Ansicht auf ein mögliches Rollenbewegungssystem;

Fig. 6 drei unterschiedliche Rollenpositionen in einer Überalterungskammer 11;

Fig. 7 und Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel für ein Rollenbewegungssystem;

Fig. 9 und 10 eine schematische Darstellung der Beheizung bzw. Kühlung der Überalterungskammer 11;

Gleiche Bezugszeichen in den einzelnen Abbildungen bezeichnen jeweils gleiche Anlagenteile.

In Figur 1 ist eine Überalterungskammer 1 nach dem Stand der Technik dargestellt. Dabei wird ein Metallband 6 von links kommend in die Überalterungskammer 1 eingeführt und durch eine untere feststehende Umlenkrolle 2 vertikal nach oben umgelenkt. Im oberen Bereich der Überalterungskammer 1 wird das Metallband 6 dann durch eine obere feststehende Umlenkrolle 3 um 180° nach unten umgelenkt. So wird das Metallband 6 mäanderförmig durch die Überalterungskammer 1 geführt, bis es schließlich durch die letzte untere Umlenkrolle 2 in horizontaler Richtung umgelenkt wird und die Überalterungskammer 1 verlässt. Das Innere der Überalterungskammer 1 ist auf eine vorbestimmte Temperatur temperiert, die in der Regel zwischen 150°C bis 500°C liegt. Wichtig ist, dass das Innere der Überalterungskammer

I auf einer möglichst konstanten Temperatur gehalten wird. Zur Verringerung von Wärmeverlusten ist das Gehäuse 4 der Überalterungskammer 1 mit einer Isolierung 5 versehen. Beheizt werden die Überalterungskammer durch elektrisch beheizte Strahlrohre 7.

Zur Erzielung optimaler Materialeigenschaften sollte das Metallband 6 eine definierte Zeitspanne (Verweilzeit) in der Überalterungskammer 1 verbringen.

Da in der Überalterungskammer 1 gemäß Figur 1 die unteren und die oberen Rollen 2, 3 feststehend sind, ist die aufgenommene Bandlänge immer gleich. Die Verweilzeit kann daher nur durch eine Änderung der Bandgeschwindigkeit verändert werden.

Figur 2 zeigt nun eine Ausführung der Überalterungskammer

II gemäß der Erfindung. Das Gehäuse 14 ist hier ebenfalls mit einer Isolierung 15 versehen und auch hier wird das Metallband 6 mäanderförmig über untere feststehende Umlenkrollen 12 und obere feststehende Umlenkrollen 13 durch die Überalterungskammer 11 geführt. Jedoch ist hier eine obere Umlenkrolle 13' in vertikaler Richtung verfahrbar (bewegbar). Im vorliegenden Beispiel wurde sie auf die halbe Höhe heruntergefahren. Beheizt wird die Überalterungskammer im vorliegenden Beispiel durch elektrisch beheizte Strahlrohre 17. Wobei diese Strahlrohre 17 hier nicht im Bereich der verfahrbaren Umlenkrolle 13' angeordnet sind, da dies die Bewegungsfreiheit der Umlenkrolle 13' behindern würde. Selbstverständlich ist es auch denkbar, dass diese Überalterungskammer 11 durch zugeführtes heißes Gas beheizt wird, wie dies weiter unten beschrieben wird. Da nun die Umlenkwalze 13' in vertikaler Richtung verfahrbar ist, lässt sich damit die Bandlänge des Metallbandes 6 in der Überalterungskammer 11 verändern. Somit kann die Verweilzeit des Metallbandes 6 in der Überalterungskammer 11 eingestellt werden, ohne dass dafür die Bandgeschwindigkeit verändert werden muss.

In der Regel wird die optimale Verweilzeit für ein bestimmtes Metallband 6 vorab ermittelt. Unter der Vorgabe einer bestimmten Bandgeschwindigkeit wird dann die notwendige Bandlänge in der Überalterungskammer 11 errechnet und durch Verfahren der oberen Umlenkrolle 13' bzw. der oberen Umlenkrollen 13' eingestellt. Vorzugsweise werden die verfahrbaren oberen Umlenkrollen 13' während der Behandlung eines bestimmten Metallbandes 6 nicht mehr verfahren (bewegt), sondern in ihrer Position fixiert.

In Figur 3 ist eine Überalterungskammer 11 dargestellt, bei der eine untere Umlenkrolle 12' in vertikaler Richtung verfahrbar ist.

Figur 4 zeigt eine Ausführungsform bei der mehrere obere Umlenkrollen 13' in vertikaler Richtung verfahrbar sind.

Die oberen Umlenkrollen 13' sind dabei unabhängig voneinander verfahrbar.

In Figur 5 ist eine mögliche Ausführungsform für einen Mechanismus dargestellt, durch den die Umlenkrollen 12' bzw. 13' in vertikaler Richtung verfahren werden können.

Die Lagergehäuse 23 der oberen verfahrbaren Umlenkrolle 13' hängen jeweils an einer Kette 25, die im oberen Bereich der Überalterungskammer 11 durch Zahnräder 21 umgelenkt werden. Am anderen Ende der Ketten 25 sind Gegengewichte 20 befestigt. Die beiden Zahnräder 21 sind über einer Welle 22 miteinander gekoppelt und mit einem Antrieb 18 verbunden. Durch Drehen der Welle 22 kann so die obere Umlenkrolle 13' in vertikaler Richtung verfahren werden. Analog würde die Anordnung aussehen, wenn damit eine untere Umlenkrolle 12' bewegt werden soll.

Seitlich in der Wand sind hier in unterschiedlicher Höhe Rollenabstützungen 19, 19' vorgesehen. Auf diese

Rollenabstützungen kann die Umlenkrolle 13' bzw. 12' abgelegt bzw. fixiert werden. Somit können während der Wärmebehandlung eines bestimmten Metallbandes 6 die Ketten 25 und der Antrieb 18 entlastet werden. Die feststehende untere Umlenkrolle 12 und die Welle 22 sind hier außerhalb der Überalterungskammer 11 gelagert. Somit müssen diese Lager 46 keinen hohen Temperaturen standhalten. Die untere Umlenkrolle 12 verfügt über einen Antrieb 45.

In Figur 6 sind drei unterschiedliche Bandlängen in einer Überalterungskammer 11 dargestellt.

In der mittleren Darstellung sind beide oberen Umlenkrollen 13' in ihrer obersten Position, die Bandlänge in der Überalterungskammer 11 ist somit maximal und die Verweilzeit bei einer vorgegebenen Bandgeschwindigkeit am längsten .

In der linken Darstellung wurde eine der beiden verfahrbaren oberen Umlenkrollen 13' etwas gesenkt und somit die Bandlänge und dadurch auch die Verweilzeit bei vorgegebener Bandgeschwindigkeit verkürzt.

In der rechten Darstellung befinden sich beide obere Umlenkrollen 13' in ihrer tiefsten Position. Hier ist die Bandlänge in der Überalterungskammer 11 am kürzesten und somit ist auch die Verweilzeit bei einer vorgegebenen Bandgeschwindigkeit minimiert.

In den Figuren 7 und 8 ist der Verstellmechanismus für die verfahrbaren Umlenkrollen 12' bzw. 13' etwas genauer dargestellt. Da sich die Umlenkrollen 12' bzw. 13' innerhalb der beheizten Überalterungskammer 11 befinden, in der durchaus Temperaturen bis zu 500°C herrschen können, sind sie durch Hochtemperaturlager 31 gelagert. Für die Lagerung der Welle 22 genügt ein gewöhnliches Rollenlager 27, das in einem Lagergehäuse 26 untergebracht ist. Das Lagergehäuse 26 ist über einen Lagersupport 29 mit der Stützkonstruktion 30 verbunden. Auf dieser

Stützkonstruktion 30 ruht auch der Motorsupport 28 und der Antrieb 18.

Um allfällige Wärmeausdehnungen besser ausgleichen zu können und als Staubschutz, ist zwischen dem Gehäuse 14 der Überalterungskammer 11 und dem Lagergehäuse 26 ein Expansionsbalg 24 angeordnet.

In Figur 8 ist die Funktion der Rollenabstützung 19, 19' dargestellt. Die Rollenabstützung 19, 19' ist in einem Gehäuse 32 untergebracht und kann in die

Überalterungskammer 11 eingefahren werden. Das Gehäuse 32 liegt hier über eine Unterkonstruktion 33 auf einer Stahlkonstruktion 44 auf. Über die Kammerhöhe sind in der Regel mehrere Rollenabstützungen 19, 19' in unterschiedlicher Höhe angeordnet, sodass die Umlenkwalze 12' bzw. 13' in unterschiedlichen Höhen abgestützt werden kann.

In Figur 9 ist eine Möglichkeit zur Beheizung der Überalterungskammer 11 dargestellt. Die Überalterungskammer 11 sollte für die Behandlung eines bestimmten Metallbandes 6 eine möglichst konstante Temperatur im Innern aufweisen, diese Temperatur liegt je nach Material und Behandlung zwischen 150°C und 500°C. Da es immer zu Wärmeverlusten kommt, muss die Kammer beheizt werden, um ein möglichst konstantes Temperaturniveau halten zu können. Selbstverständlich können innerhalb der Überalterungskammer 11 geringere Temperaturunterschiede vorliegen, die jedoch in der Regel nur einige Grad Celsius betragen. Zur Beheizung wird heißes Gas, beispielsweise ein Inertgas oder ein reduzierendes Gas wie ein Stickstoff-Wasserstoffgemisch über einen seitlich angeordneten Zufuhrkasten 34 in die Überalterungskammer 11 geblasen und über einen Absaugkasten 35 auf der gegenüberliegenden Seite durch ein Gebläse 36 wieder abgesaugt. Das Gas wird dann entweder einer elektrischen Heizung 40 oder einem Wärmetauscher 39 zugeführt und über eine Rezirkulationsleitung 37 wieder in die Überalterungskammer 11 geleitet. Über Ventile 38 und 41 kann das heiße Gas entweder dem Wärmetauscher 39 oder der elektrischen Heizung 40 zugeführt werden. Durch die elektrische Heizung 40 wird die Gastemperatur wieder erhöht. Wenn das Gas über den Wärmetauscher 39 geführt wird, kann es auch gekühlt werden. Dies ist beispielsweise notwendig, wenn von einer Stahlsorte auf eine andere umgestellt wird. Wenn beispielsweise die nachfolgende Stahlsorte eine geringere Überalterungstemperatur erfordert, so wird das Gas gekühlt sodass die optimale Temperatur in der Überalterungskammer 11 möglichst schnell erreicht wird. Gleichzeitig kann durch Verfahren der Umlenkwalzen 12' und 13' die Bandlänge in der Überalterungskammer 11 angepasst werden, sodass die nachfolgende Stahlsorte optimal wärmebehandelt werden kann. In Figur 10 ist die Heiz- bzw. Kühleinrichtung aus Figur 9 nochmals dargestellt. Man erkennt hier, dass der Wärmetauscher 39 mit Kühlwasser 43 versorgt wird. Auch der Motor 42 für das Gebläse 36 ist dargestellt. In dieser Darstellung wird ein Wasserstoff-Stickstoffgemisch (HNX) als Heizmedium verwendet.

Bezugs Zeichen

1 Überalterungskammer nach dem Stand der Technik

2 untere feststehende Umlenkrolle

3 obere feststehende Umlenkrolle

4 Gehäuse

5 Isolierung

6 Metallband

7 Strahlrohr

11 Überalterungskammer

12 untere Umlenkrolle (feststehend)

12' untere Umlenkrolle (verfahrbar)

13 obere Umlenkrolle (feststehend)

13' obere Umlenkrolle (verfahrbar)

14 Gehäuse

15 Isolierung

17 Strahlrohr

18 Antrieb

19 Rollenabstützung (ausgefahren)

19' Rollenabstützung in die Überalterungskammer 11 eingefahren

20 Gegengewicht

21 Zahnrad

22 Welle

23 Lagergehäuse Expansionsbalg

Kette

Lagergehäuse

Rollenlager

Motorsupport

Lagersupport

Stützkonstruktion

Hochtemperaturlager

Gehäuse für die Rollenabstützung 19

Unterkonstruktion

Zufuhrkasten

Absaugkasten

Gebläse

Rezirkulationsleitung

Ventil

Wärmetauscher elektrische Heizung

Ventil

Motor

Kühlwasser

Stahlkonstruktion

Antrieb für die Umlenkwalze 12

Lager für die feststehende Umlenkwalze 12