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DE69803157T2 - Ofen mit einer schnellen Kühlung für Metallbänder - Google Patents

Ofen mit einer schnellen Kühlung für Metallbänder

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DE69803157T2
DE69803157T2 DE69803157T DE69803157T DE69803157T2 DE 69803157 T2 DE69803157 T2 DE 69803157T2 DE 69803157 T DE69803157 T DE 69803157T DE 69803157 T DE69803157 T DE 69803157T DE 69803157 T2 DE69803157 T2 DE 69803157T2
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Stein Heurtey SA
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Description

  • Die Erfindung betrifft Perfektionierungen für Schnellkühlöfen für bandförmige Materialien und speziell Metallbänder. Diese Öfen können ein Bestandteil von insbesondere Anlagen für Behandlungen wie eine Wärmebehandlung von bandförmigen Metallerzeugnissen, speziell beispielsweise bei der Galvanisierung, dem Glühen und der Produktion von Blankstahl, sein.
  • Aus EP-A-0 795 616 sind Vorrichtungen zur kontinuierlichen Wärmebehandlung von Metallbändern bekannt, in denen das zu behandelnde Band durch einen Ofen durchläuft, der aus einer Vielzahl von Wärmebehandlungsabschnitten, insbesondere beispielsweise zum Erwärmen, Halten, Glühen und Abkühlen, besteht. In dieser Veröffentlichung hat die Anmelderin die Verwendung von Behältern oder Kammern zur Erwärmung und/oder Abkühlung vorgeschlagen, in denen eine Atmosphäre herrscht, die aus einem Gasgemisch auf der Basis von Wasserstoff besteht, dessen Wasserstoffgehalt höher als die üblicherweise eingehaltenen Werte ist, um die Abkühlungsgeschwindigkeit zu erhöhen. So kann gemäß diesem Verfahren des Standes der Technik als Atmosphäre im Kühlbehälter ein Gasgemisch, insbesondere aus Stickstoff und Wasserstoff, verwendet werden, das einen Wasserstoffgehalt von über 15% besitzt, der 50% erreichen kann, d. h. die Explosionsgrenze dieses Gases überschreitet.
  • In dem Kühlbehälter dieser Anlagen wird das rezirkulierte Atmosphärengas nach Abkühlung insbesondere mittels Gas/Wasser- Wärmeaustauschern auf das kontinuierlich durchlaufende Metallband geblasen, wobei die Zusammensetzung des Atmosphärengases und speziell dessen hoher Wasserstoffgehalt es erlaubt, sehr hohe Abkühlungsgeschwindigkeiten von etwa 100ºC pro Sekunde zu erhalten. Die Anlagen enthalten daher einen Kreislauf aus Rezirkulationsleitungen für das N&sub2;/H&sub2;-Atmosphärengas, ein oder mehrere Gebläse, um die kontinuierliche Zirkulation dieses Atmosphärengases in den Rezirkulationsleitungen sicherzustellen, und Gas/Wässer-Wärmeaustauscher.
  • Aufgrund des sehr hohen Wasserstoffgehaltes des Atmosphärengases, das bei der Schnellkühlung eingesetzt wird, sind umfangreiche Vorkehrungen zu treffen, um die Sicherheit der Anlage zu gewährleisten; es kann keinerlei Austritt, so gering er auch sein sollte, des Atmosphärengases in die Umgebung toleriert werden.
  • Deshalb schlägt die Erfindung eine Lösung dieses Sicherheitsproblems vor, wobei insbesondere folgende drei Hauptphänomene, welche diese Sicherheit beeinträchtigen können, berücksichtigt werden:
  • 1) Es kann vorkommen, daß das Band im Ofen und insbesondere in der Schnellkühlkammer bricht. In diesem Fall findet eine Kontraktion des Atmosphärengases statt, die direkt von der unterbrochenen Wärmezufuhr durch das Band und das Weitergehen des Gas/Wasser-Wärmeaustauschs durch den oder die Wärmeaustauscher verursacht wird. Dieses Kontraktionsphänomen des Atmosphärengases führt zu einem plötzlichen Unterdruck in der Schnellkühlkammer und im Ofen.
  • 2) Die Einheit aus Rohrleitungen für das Atmosphärengas enthält Ausgleichsrohrverbindungen, die es den Rohrleitungen erlauben, sich auszudehnen. Im Fall eines Risses in einer der Wellen einer Ausgleichsrohrverbindung ist es absolut notwendig, den Zutritt von Luft in das Innere des Rezirkulationskreislaufs für das Atmosphärengas oder ein Austritt dieses Gases in die Umgebung zu verhindern.
  • 3) Bei einer Unterbrechung der elektrischen Stromversorgung dieser Anlage oder einer allgemeinen Störung der Stromversorgungseinheit des Betriebes, in welchem sich diese Anlage befindet, ist es erforderlich, die Rückleitung des Atmosphärengases sofort zu beenden,
  • Erfindungsgemäß werden diese Probleme gelöst, indem Mittel bereitgestellt werden, die es einerseits erlauben, den Durchgang des Atmosphärengases durch den oder die Wärmeaustauscher, d. h. eine zu schnelle Abkühlung dieses Atmosphärengases, zu verhindern, wodurch ein plötzlicher Unterdruck im Ofen beim Brechen des Bandes vermieden wird, und andererseits in einem sehr kurzen Zeitraum, d. h. von weniger als 5 Sekunden, die Rückleitung des Atmosphärengases in die Schnellkühlkammer beim Auftreten eines Risses in den Wellen einer Ausgleichsrohrverbindung oder bei Unterbrechung der elektrischen Stromversorgung zu beenden.
  • Deshalb betrifft die Erfindung einen Schnellkühlofen, der Teil einer Anlage sein kann, die verschiedene Behandlungsstationen, insbesondere zur Wärmebehandlung von Banderzeugnissen, umfaßt und durch welchen ein Metallband kontinuierlich durchläuft, wobei die schnelle Abkühlung durch Blasen eines Gasstrahls aus einer Atmosphäre, die aus einem Stickstoff- Wasserstoff-Gemisch besteht, das einen Wasserstoffgehalt von über 15% und vorzugsweise von etwa 50% aufweist, auf das Band erhalten wird und die Rückführung des Atmosphärengases mittels eines Kreislaufs aus Rezirkulationsleitungen sichergestellt wird, der mindestens ein Gebläse sowie mindestens einen Gas/Wasser-Austauscher umfaßt, wobei die verschiedenen Rohrleitungen Ausgleichsrohrverbindungen enthalten, die in Form eines Wellrohrs ausgeführt sind, das die Dehnung der Einheit aus Rohrleitungen erlaubt, und der Ofen dadurch gekennzeichnet ist, daß der Zwischenraum, in welchem der/die Austauscher angeordnet ist/sind und in den die Rezirkulationsleitungen für das Atmosphärengas münden, - einen Hauptdurchgangsquerschnitt, durch welchen die Strömung des Kühlgases durch diese Austauscher vonstatten geht, wobei der Durchgangsquerschnitt in Strömungsrichtung hinter dem/den Austauscher/n mit einem Register (34) versehen ist.
  • - untergeordnete Durchgangsquerschnitte, welche es ermöglichen, im Falle des Verschließens des Hauptdurchgangsquerschnitts den Kühlgasstrom umzuleiten, damit dieser nicht durch den/die Austauscher geht, wobei die untergeordneten Durchgangsquerschnitte mit Registern versehen sind, und
  • - Aktoren mit einer sehr kurzen Reaktionszeit, d. h. von weniger als fünf Sekunden, die über Mittel zur Detektion eines Risses im Band, eines Risses in einer Welle einer Ausgleichsrohrverbindung und einer Unterbrechung der elektrischen Stromversorgung ausgelöst werden, umfaßt.
  • Entsprechend einer erfindungsgemäßen Ausführungsform werden die vorzugsweise pneumatischen Aktoren über einen Sensor ausgelöst, der Veränderungen in der Spannung des Bandes erkennt. Entsprechend einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform werden die Aktoren über einen Sensor ausgelöst, der Druckveränderungen in der Schnellkühlkammer erkennt.
  • Erfindungsgemäß sind außerdem Mittel vorgesehen, die derart konstruiert und ausgeführt sind, daß sie erlauben, innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums die Umdrehung des oder der Gebläse/s anzuhalten, wobei diese Mittel ausgeführt werden können, indem das Gebläse mit einem Generator gekoppelt wird, an welchen es entweder im Fall eines Risses in einer Welle einer Ausgleichsrohrverbindung oder im Fall einer Unterbrechung der elektrischen Stromversorgung einkuppelt.
  • Weitere erfindungsgemäße Merkmale und Vorteile werden anhand der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die im Anhang befindlichen Zeichnungen, die eine beispielhafte Ausführungsform veranschaulichen, erläutert, wobei die
  • - Fig. 1 und 2 perspektivische Ansichten, die ein Ausführungsbeispiel eines Schnellkühlofens mit seinen Blas- und Rückleitungen für das Atmosphärengas veranschaulichen, zeigen und
  • - Fig. 3 eine Vorderansicht, welche die erfindungsgemäßen Perfektionierungen schematisch veranschaulicht, und
  • - Fig. 4 einen Schnitt entlang IV-IV von Fig. 3 zeigt.
  • In den Fig. 1 und 2 ist die Gesamtheit eines Schnellkühlofens dargestellt, auf welchen sich die vorliegende Erfindung richtet. Dieser Kühlofen bzw. diese Kühlkammer ist im allgemeinen ein Bestandteil einer Anlage, die eine Vielzahl von Behandlungsstationen für bandförmiges Material umfaßt, wobei diese Anlage beispielsweise von dem in obengenannter EP 0 795 616 genannten Typ sein kann. Durch diesen mit der Bezugszahl 10 numerierten Ofen läuft kontinuierlich das Metallband 12 durch, das im allgemeinen von anderen Behandlungsbehältern, beispielsweise für das Wärmebehandeln, Halten und Glühen, kommt.
  • Die schnelle Abkühlung wird erhalten, indem auf das kontinuierlich durchlaufende Band 12 ein Strahl aus einem N&sub2;/H&sub2;- Gasgemisch aufgeblasen wird, das, wie weiter oben erläutert, einen Wasserstoffanteil enthält, der beträchtlich, d. h. höher als 15%, ist, und bis zu 50% gehen kann. Dieses Gasgemisch wird auf die Seitenflächen des Bandes 12 über Düsen 14 geblasen, die von Rohrleitungen 16 versorgt werden, und mittels Rohrleitungen 18 wieder aufgenommen, die parallel zur Ebene des Bandes 12 in die Schnellkühlkammer 10 münden. Dabei wird die Zirkulation des Gasgemischs mittels eines Gebläses 20 erhalten, das von einem Elektromotor 22 angetrieben wird, wobei das Einblasen des Gasgemischs über eine Sammelleitung 24 erfolgt, die von den Rohrleitungen 14 versorgt wird, während die Wiederaufnahme des Gasgemischs über Sammelleitungen 26, 26' erfolgt, die von den Rohrleitungen 18 versorgt werden.
  • Die Anlage enthält außerdem auf bekannte Weise Wärmeaustauscher 28, 28', vorzugsweise vom Gas/Wasser-Typ, die sich in den in ihrer Gesamtheit mit der Bezugszahl 32 bzw. 32' bezeichneten Behältern befinden, in welche die Aufnahmeleitungen 26, 26' für das Gasgemisch münden, um dieses nach Durchleitung durch die Schnellkühlkammer 10 und vor der Zuleitung zum Gebläse 20 und zum Einblasen durch die Rohrleitungen 24 und 16 abzukühlen. Gemäß einer ebenfalls bekannten Konstruktion enthalten die verschiedenen Rohrleitungen 16, 18, 24, 26, 26' Ausgleichsrohrverbindungen 30, die in Form einer Reihe von Wellen ausgeführt sind, die es der Gesamtheit der Rohrleitungen erlauben, sich auszudehnen.
  • In den Fig. 3 und 4 sind die erfindungsgemäßen Perfektionierungen schematisch dargestellt. In diesen Figuren ist in Vorderansicht bzw. Schnittdarstellung ein Behälter wie 32 bzw. 32' (Fig. 1 und 2) veranschaulicht, der einen Wärmeaustauscher wie 28, 28' in den Fig. 1 und 2 enthält. Die Richtung der Rückleitung des Kühlgases ist mit dem Pfeil F gekennzeichnet, wobei das von den Rohrleitungen 18 kommende Gas über die Rohrleitung 26 von dem Gebläse 20 angesaugt wird. Die Strömung durch den Wärmeaustauscher 28 erfolgt durch den mit dem Bezugsbuchstaben A bezeichneten Querschnitt des Behälters, der anschließend als Hauptdurchgangsquerschnitt bezeichnet wird.
  • Erfindungsgemäß enthält dieser Hauptdurchgangsquerschnitt A in Strömungsrichtung hinter dem Wärmeaustauscher 28 ein schematisch mit 34 dargestelltes Register, wobei mit dem Bezugsbuchstaben B bezeichnete untergeordnete Durchgangsquerschnitte vorgesehen sind, die ebenfalls mit Registern wie 36, 36' versehen sind, durch welche die Kühlgasströmung abgeleitet werden kann, damit sie nicht mehr durch die Wärmeaustauscher 28, 28' geht, wie anschließend erläutert werden wird (Pfeile f). Die einzelnen Register 34, 36, 36' werden von vorzugsweise pneumatischen Aktoren 38, 38', die eine sehr kurze Reaktionszeit, d. h. von weniger als 5 Sekunden, haben, gesteuert.
  • Das Auslösen dieser Aktoren erlaubt es, wie weiter unten erläutert werden wird, entweder die Strömung des Kühlgases durch den Hauptdurchgangsquerschnitt A, d. h. durch die Wärmeaustauscher 28, 28', zu unterbrechen und diese Strömung durch die untergeordneten Durchgangsquerschnitte B (Register 34 ist geschlossen und die Register 36, 36' sind offen) abzuleiten oder die Strömung des Kühlgases durch die Durchgangsquerschnitte A und B vollständig zu unterbrechen (Register 34, 36, 36' sind geschlossen).
  • Hinsichtlich dieser bisher erläuterten drei Phänomene oder Betriebsstörungen kann folgende Tabelle aufgestellt werden, in welcher die verschiedenen Betriebszustände zusammengefaßt sind.
  • Erfindungsgemäß kann das erste Phänomen, d. h. ein Bruch des Bandes, mittels eines Sensors für die Messung der Spannung des Bandes detektiert werden, wobei eine Abweichung dieser Spannung von einem Sollwert zum Auslösen der Aktoren führt, die das Schließen des Hauptdurchgangsquerschnitts A und die Öffnung der untergeordneten Durchgangsquerschnitte B steuern. Für denselben Zweck kann auch ein Drucksensor vorgesehen werden, der beispielsweise in der Schnellkühlkammer 10 angeordnet ist, wobei die Detektion eines Unterdrucks in dieser Kammer sofort zur wie zuvor beschriebenen Steuerung der Aktoren führt. Weiterhin kann das letztere Mittel zur Erkennung eines Risses in einer Welle einer Ausgleichsrohrverbindung 30 verwendet werden, um sofort das Schließen des Hauptdurchgangsquerschnitts A auszulösen, wobei die untergeordneten Durchgangsquerschnitte B, wie in Tabelle 1 angegeben, geschlossen bleiben.
  • Schließlich können für die Steuerung der Aktoren 38 im Fall einer Unterbrechung der elektrischen Stromversorgung beliebige herkömmliche Mittel verwendet werden, insbesondere Schalter mit Auslösung durch eine Unterbrechung oder Störung des elektrischen Stroms, derart, daß das sofortige Schließen des Hauptdurchgangsquerschnitts A veranlaßt wird, wobei die untergeordneten Durchgangsquerschnitte B geschlossen bleiben.
  • Erfindungsgemäß können auch Mittel vorgesehen werden, die es innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums erlauben, die Umdrehung des Gebläses 20 anzuhalten, beispielsweise indem es mit einem Generator gekoppelt wird, an welchen es entweder im Fall eines Risses in einer Welle einer Ausgleichsrohrverbindung 30 oder im Fall einer Unterbrechung der elektrischen Stromversorgung einkuppelt.
  • Es ist festzustellen, daß es die erfindungsgemäße Vorrichtung insbesondere erlaubt:
  • - die Druckverluste des Rezirkulationskreislaufs des Kühlgases nicht zu vergrößern,
  • - die Gasströmung durch den Wärmeaustauscher 28 bei Normalbetrieb nicht zu behindern und
  • - den ordnungsgemäßen Betrieb des Gebläses nicht zu beeinträchtigen.

Claims (7)

  1. - . Schnellkühlofen, der Teil einer Anlage sein kann, die verschiedene Behandlungsstationen, insbesondere zur Wärmebehandlung von Banderzeugnissen, umfaßt und durch welchen ein Metallband (12) kontinuierlich durchläuft, wobei die schnelle Abkühlung durch Blasen eines Gasstrahls aus einer Atmosphäre, die aus einem Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch besteht, das einen Wasserstoffgehalt von über 15% und vorzugsweise von etwa 50% aufweist, auf das Band erhalten wird und die Rückführung des Atmosphärengases mittels eines Kreislaufs aus Rezirkulationsleitungen (16, 18, 26, 26', 24) sichergestellt wird, der mindestens ein Gebläse (20) sowie mindestens einen Gas/Wasser-Austauscher (28, 28') umfaßt, wobei die verschiedenen Rohrleitungen Ausgleichsrohrverbindungen (30) enthalten, die in Form eines Wellrohrs ausgeführt sind, das die Dehnung der Einheit aus Rohrleitungen erlaubt, und der Ofen (10) dadurch gekennzeichnet ist, daß der Zwischenraum (32, 32'), in welchem der/die Austauscher (28, 28') angeordnet ist/sind und in den die Rezirkulationsleitungen (16, 18, 26, 26', 24) für das Atmosphärengas münden,
    - einen Hauptdurchgangsquerschnitt (A), durch welchen die Strömung des Kühlgases durch diese Austauscher vonstatten geht, wobei der Durchgangsquerschnitt (A) in Strömungsrichtung hinter dem/den Austauscher/n mit einem Register (34) versehen ist,
    - untergeordnete Durchgangsquerschnitte (B), welche es ermöglichen, im Falle des Verschließens des Hauptdurchgangsquerschnitts (A) den Kühlgasstrom umzuleiten, damit dieser nicht durch den/die Austauscher geht, wobei die untergeordneten Durchgangsquerschnitte mit Registern (36, 36') versehen sind, und
    - Aktoren (38, 38') mit einer sehr kurzen Reaktionszeit, d. h. von weniger als fünf Sekunden, die über Mittel zur Detektion eines Risses im Band, eines Risses in einer Welle einer Ausgleichsrohrverbindung und einer Unterbrechung der elektrischen Stromversorgung ausgelöst werden,
    umfaßt.
  2. 2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktoren (38, 38'), welche vorzugsweise pneumatisch arbeiten, über einen Sensor ausgelöst werden, der jede Veränderung der Spannung des Bandes detektiert.
  3. 3. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktoren (38, 38') über einen Sensor ausgelöst werden, der jede Veränderung des Druckes in der Schnellkühlkammer (10) detektiert.
  4. 4. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Auslösen der Aktoren (38), welche das Register (34) steuern, das am Hauptdurchgangsquerschnitt (A) vorgesehen ist, im Falle einer Unterbrechung der elektrischen Stromversorgung derart vorgesehen sind, daß die sofortige Schließung des Hauptdurchgangsquerschnitts bewirkt wird, wobei die untergeordneten Durchgangsquerschnitte (B) geschlossen bleiben.
  5. 5. Ofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Auslösen der Aktoren (38) im Falle einer Unterbrechung der elektrischen Stromversorgung in Form von Umschaltern mit Auslösung durch Unterbrechung oder Störung des elektrischen Stroms ausgeführt sind.
  6. 6. Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, welche es ermöglichen, die Umdrehung des Gebläses (20) innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums anzuhalten.
  7. 7. Ofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, welche es ermöglichen, die Umdrehung des Gebläses (20) innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums anzuhalten, darin bestehen, es mit einem Generator zu koppeln, an welchen es entweder im Falle eines Risses in einer Welle einer Ausgleichsrohrverbindung (30) oder im Falle einer Unterbrechung der elektrischen Stromversorgung einkuppelt.
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