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Title:
METHOD AND FURNACE INSTALLATION FOR HEAT TREATING METAL STRIP
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/178200
Kind Code:
A1
Abstract:
The subject matter of this invention is a method for the heat treatment of a metal strip (1), wherein the metal strip (1) is continuously preheated with the aid of hot gas (6) in a preheating zone (3) and subsequently further heat-treated in a reducing and/or oxidizing atmosphere in a directly fired furnace. According to the invention, the metal strip (1) is preheated in the preheating zone (3) by hot shielding gas (6), and before it enters the directly fired furnace (8) is heated further with an electrical heating system (5). The subject matter of this invention is also a furnace installation for carrying out the method according to the invention.

Inventors:
BORREL, Pierre-Jerome (25 rue des Deux Communes, Montreuil, Montreuil, 93100, FR)
BLAKE, Eric (229 Cypress Knoll Drive, Sewickley, Pennsylvania 3, 151543, US)
Application Number:
EP2017/056756
Publication Date:
October 19, 2017
Filing Date:
March 22, 2017
Export Citation:
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Assignee:
ANDRITZ TECHNOLOGY AND ASSET MANAGEMENT GMBH (Stattegger Strasse 18, 8045 Graz, 8045, AT)
International Classes:
C21D1/74; C21D9/56; C21D9/60; F27B9/04; F27B9/12
Domestic Patent References:
2006-01-05
Foreign References:
US5770838A1998-06-23
EP2133436A12009-12-16
US5472528A1995-12-05
Attorney, Agent or Firm:
TSCHINDER, Thomas (Stattegger Strasse 18, 8045 Graz, 8045, AT)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallbandes (1), wobei das Metallband (1) in einer Vorwärmzone (3) durch heißes Gas (6) vorgewärmt wird und wobei das Metallband (1) danach in einem direkt-befeuerten Ofen (8) in einer

reduzierenden und/oder oxidierenden Atmosphäre weiter wärmebehandelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das

Metallband (1) in der Vorwärmzone (3) mit heißem Schutzgas (6) vorgewärmt wird und dass es bevor es in den direktbefeuerten Ofen (8) eintritt mit einem elektrischen

Heizsystem (5) , vorzugsweise mit einer Induktionsheizung, weiter erhitzt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallband (1) in der Schutzgasatmosphäre der Vorwärmzone (3) auf mehr als 200°C erhitzt wird,

vorzugsweise auf bis zu 300°C. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallband (1) durch das elektrische Heizsystem auf mehr als 350°C, vorzugsweise auf mehr als 500°C erhitzt wird. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Heizsystem (5) das Metallband (1) in einer Schutzgasatmosphäre, vorzugsweise in einer Stickstoffatmosphäre , erhitzt. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Heizsystem (5) das Metallband (1) in einer leicht reduzierenden Atmosphäre, vorzugsweise in einer Stickstoffatmosphäre mit 2-3%

Wasserstoff, erhitzt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme der Abgase (11) des direkt- befeuerten Ofens (8) zur Vorwärmung des Schutzgases (6) für die Vorwärmzone (3) verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärme der Abgase (11) des direktbefeuerten Ofens (8) zur Vorwärmung der Verbrennungsluft (13) für die Brenner des direkt-befeuerten Ofens (8) verwendet wird. 8. Ofenanlage zur Wärmebehandlung von Metallbändern (1) mit einer Vorwärmzone (3), in die heißes Gas (6) zur

Vorwärmung zuführbar ist, und mit einem nachfolgenden direkt-befeuerten Ofen (8) zur weiteren Wärmebehandlung des Metallbandes (1) , dadurch gekennzeichnet, dass das heiße Gas (6) ein Schutzgas ist und dass nach der Vorwärmzone (3) und vor dem direkt-befeuerten Ofen (8) ein elektrisches Heizsystem (5) angeordnet ist, zur weiteren

Temperaturerhöhung des Metallbandes (1) . 9. Ofenanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Heizsystem (5) eine Induktionsheizung ist .

10. Ofenanlage nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Atmosphäre innerhalb des

elektrischen Heizsystems (5) eine Schutzgasatmosphäre ist.

Description:
VERFAHREN UND OFENANLAGE ZUM WÄRMEBEHANDELN VON METALLBÄNDERN

Den Gegenstand dieser Erfindung bildet ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallbandes, wobei das Metallband mit Hilfe von heißem Gas in einer Vorwärmzone vorgewärmt wird und wobei das Metallband anschließend in einem direktbefeuerten Ofen in einer reduzierenden und/oder

oxidierenden Atmosphäre weiter wärmebehandelt wird. Den Gegenstand dieser Erfindung bildet auch eine Ofenanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Wärmebehandlung von Metallbändern erfolgt häufig vor dem Verzinken des Metallbandes oder auch in Glühöfen nach einer Beizlinie.

Eine Möglichkeit zur Wärmebehandlung ist die Verwendung von direkt-befeuerten Öfen (DFF, direct fired furnace) , bei denen die Brenner direkt im Ofeninneren angeordnet sind. Bei diesen Öfen gibt es eine Vorwärmzone in der das

kontinuierlich hindurchgeführte Metallband mit Hilfe der heißen Abgase aus dem direkt-befeuerten Ofen auf ungefähr 200 - 300°C vorgewärmt wird. Das Metallband weist vor der Wärmebehandlung eine Oxidschicht auf, die beispielsweise durch das Spülwasser der Beizsektion hervorgerufen wird. Diese Oxidschicht besteht im Wesentlichen aus Fe 2 0 3

(Eisen (III) -oxid, Hämatit) und Fe 3 0 4 (Magnetit).

In der Vorwärmzone baut sich diese Oxidschicht weiter auf, da in den Abgasen des direkt-befeuerten Ofens noch

Sauerstoff und Wasserdampf vorhanden sind. Diese

Oxidschicht ist jedoch störend, da sie bei einer

nachfolgenden internen Oxidation im direkt-befeuerten Ofen die Diffusion von Sauerstoff ins Basismaterial behindert. Durch die Sauerstoffdiffusion ins Basismaterial kann Siliziumoxid gebildet werden, das als Diffusionsbarriere fürs Silizium dient, was vorteilhaft ist. Das Metallband wird daher gemäß Stand der Technik

nachfolgend im direkt-befeuerten Ofen einer reduzierenden Atmosphäre ausgesetzt, dafür werden die Brenner mit einem Brennstoffüberschuss betrieben, d.h. unter Luft- bzw. Sauerstoffmangel, sodass die Verbrennungsprodukte einen hohen CO- und H 2- Gehalt aufweisen und somit reduzierend wirken. Die störende Eisenoxidschicht wird dadurch abgebaut .

Nachfolgend wird am Ende des direkt-befeuerten Ofens das Metallband bei hohen Temperaturen einer oxidierenden Atmosphäre ausgesetzt, sodass dadurch eine interne

Oxidation der Legierungselemente wie Silizium oder Mangan erreicht wird. Außerdem bildet sich auch FeO (Wüstit) .

Bei herkömmlichen direkt-befeuerten Öfen bzw. bei hohen Produktionsraten ist jedoch die verbleibende Zeit für die interne Oxidation recht kurz, dies kann sich negativ auf die Produktqualität auswirken.

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Wärmebehandlung von Metallbändern bereitzustellen, bei dem die Reaktionen im direkt-befeuerten Ofen verbessert werden, insbesondere die interne Oxidation von Silizium und Mangan im

Basismaterial . Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß

Patentanspruch 1. Erfindungsgemäß wird das Metallband in der Vorwärmzone mit heißem Schutzgas vorgewärmt und zusätzlich bevor es in den direkt-befeuerten Ofen (DFF) eintritt mit einem elektrischen Heizsystem, vorzugsweise mit einer Induktionsheizung, weiter erhitzt.

Durch die Vorwärmung des Metallbandes in einer

Schutzgasatmosphäre wird der Aufbau einer unerwünschten

Oxidschicht verhindert und durch das elektrische Heizsystem vor dem direkt-befeuerten Ofen kann die Eintrittstemperatur des Metallbandes in den Ofen erheblich erhöht werden, vorzugsweise auf über 500°C. Durch die höhere

Eintrittstemperatur des Metallbandes steht mehr Zeit für die chemischen Reaktionen im direkt-befeuerten Ofen, wie Reduktion oder Oxidation, zur Verfügung.

Speziell die interne Oxidation des Basismaterials des

Metallbandes kann dadurch besser kontrolliert bzw.

effizienter durchgeführt werden.

Vorzugsweise wird das Metallband in der Vorwärmzone mit Hilfe von heißem Stickstoff auf mehr als 200°C erhitzt, vorzugsweise auf bis zu 300°C. Danach wird das Metallband durch das elektrische Heizsystem weiter auf mehr als 350°C, vorzugsweise auf mehr als 500°C, erhitzt.

Es ist günstig wenn das elektrische Heizsystem das

Metallband in einer Schutzgasatmosphäre, vorzugsweise in einer Stickstoffatmosphäre , erhitzt. Es ist aber auch denkbar, dass das elektrische Heizsystem das Metallband in einer leicht reduzierenden Atmosphäre, vorzugsweise in einer Stickstoffatmosphäre mit 2-3% Wasserstoff, erhitzt.

Die Wärme der heißen Abgase des direkt-befeuerten Ofens kann zur Vorwärmung des Schutzgases für die Vorwärmzone verwendet werden. Die Wärme der Abgase kann auch zur Vorwärmung der Verbrennungsluft für Brenner des direkt- befeuerten Ofens verwendet werden.

Den Gegenstand der Erfindung bildet auch eine Ofenanlage gemäß Patentanspruch 8 zur Durchführung des Verfahrens. Diese Ofenanlage weist eine Vorwärmzone, in der das

Metallband mit Hilfe von heißem Gas vorgewärmt wird und einen nachfolgenden direkt-befeuerten Ofen zur weiteren Wärmebehandlung des Metallbandes auf. Erfindungsgemäß ist das heiße Gas ein Schutzgas, vorzugsweise Stickstoff, und zusätzlich ist nach der Vorwärmzone und vor dem direktbefeuerten Ofen ein elektrisches Heizsystem angeordnet, zur weiteren Temperaturerhöhung des Metallbandes. Es ist günstig, wenn das elektrische Heizsystem eine

Induktionsheizung ist bzw. wenn die Atmosphäre innerhalb des elektrischen Heizsystems eine Schutzgasatmosphäre ist.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von zwei Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Aufbau der Ofenanlage;

Fig. 2 einen schematischen Aufbau des

Wärmerückgewinnungssystems der Ofenanlage;

Gleiche Bezugszeichen in den beiden Figuren bezeichnen jeweils gleiche Anlagenteile bzw. Stoffströme.

In Figur 1 gelangt das Metallband 1 kontinuierlich mit einer Eintrittstemperatur von ungefähr 50°C über ein

Dichtungswalzenpaar 2 in die Vorwärmzone 3 der Ofenanlage und wird dort mit Hilfe von heißem Stickstoff 6 auf ungefähr 200°C erwärmt. Der heiße Stickstoff 6 wird über Düsen direkt auf das Metallband 1 geblasen. Umlenkwalzen 4 führen das Metallband 1 durch die Ofenanlage.

Im Anschluss an die Vorwärmzone 3 wird das Metallband 1 mit Hilfe einer elektrischen Induktionsheizung 5 in einer

Schutzgasatmosphäre weiter auf ungefähr 500°C erhitzt. Über die Leitung 7 wird auch in diesen Bereich Stickstoff zugeführt. Im Anschluss tritt das Metallband in den direktbefeuerten Ofen 8 ein, wird dort im Anfangsbereich 8a weiter erhitzt, bevor es in der Reduktionszone 8b bei ungefähr 720°C in einer reduzierenden Atmosphäre von der Oxidschicht befreit wird. Direkt anschließend wird das blanke Metallband 1 bei ungefähr 760°C einer oxidierenden Atmosphäre ausgesetzt, in der bevorzugt interne

Oxidationsprozesse im Basismaterial ablaufen, wobei

Siliziumoxid gebildet wird. Im Anschluss verlässt das

Metallband über das Dichtwalzenpaar 2 die Ofenanlage und wird danach beispielsweise nach einer weiteren

Wärmebehandlung und Kühlung einer galvanischen

Verzinkungsanlage zugeführt.

In Figur 2 ist die Wärmerückgewinnung der Ofenanlage aus Figur 1 dargestellt. Die heißen Abgase 11 aus dem direktbefeuerten Ofen 8 werden hier mit Verbrennungsluft 13 angereichert und einer Nachverbrennung 9 zugeführt. In den beiden Wärmetauschern 10a und 10b und im Boiler 12 wird den heißen Abgasen 11 Wärme entzogen, bevor sie über den Kamin 14 abgeführt werden. Selbstverständlich kann zuvor eine entsprechende Abgasreinigung erfolgen. Im ersten Wärmetauscher 10a wird die Verbrennungsluft 13 für die Brenner des Ofens 8 durch die 950°C heißen Abgase auf ungefähr 560 °C erhitzt. Im zweiten Wärmetauscher 10b wird der Stickstoff aus der Vorwärmzone von 350 °C wieder auf 450 °C erhitzt und wieder der Vorwärmzone zur Erwärmung des Metallbandes 1 zugeführt.

Da das Metallband 1 beim Eintritt in die Vorwärmzone 3 an seiner Oberfläche teilweise mit Wasser oder auch

Kohlenwasserstoffen benetzt ist, würden sich bei einem geschlossenen Stickstoff-Kreislauf Wasserdampf und

Kohlenwasserstoffe in der Vorwärmzone 3 ansammeln. Um dies zu vermeiden, wird ein Teil des Stickstoffs aus der

Vorwärmzone 3 entfernt und durch frischen Stickstoff ersetzt, wie dies durch die beiden Pfeile in Fig. 2 dargestellt ist.