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Bandglühanlagen

Glühen nennt man den Prozess, bei dem Metall, Glas und andere Materialien weniger spr?de und besser bearbeitbar gemacht werden. In einer Bandglühanlage für Stahl wird gewalzter Bandstahl durch eine Reihe von ?fen gefahren, um die Bandtemperatur entsprechend des H?rtegrades und der Abmessung nach einem bestimmten Profil zu erw?rmen. Das Ergebnis ist ein Anstieg in der Formbarkeit und das Entfernen von Spannungen, die in der sp?teren Bearbeitung zu Fehlern führen k?nnen.

Abbildung 1 zeigt den linearen Aufbau einer Bandglühanlage. Da die L?nge der B?nder in den ?fen mehrere Kilometer betr?gt, sind die ?fen vertikal angeordnet. Die B?nder werden in den ?fen mehrmals umgelenkt.

Bandglühanlagen zeichnen sich durch folgende Funktionen aus:

  • Akkumulatoren
  • Verschiedene ?fen
  • Atmosph?renregelung
  • Anlagenstopp

Akkumulatoren

Akkumulatoren bieten Lagerbereiche zwischen statischen Stahlrollen (‚abwickelnd‘ am Eingang und ‚aufwickelnd‘ am Ausgang) und kontinuierlichem Stahlband, das durch die ?fen gezogen wird. Sobald eine leere Zufuhrspule gestoppt wird, wird diese durch eine neue, volle Spule ersetzt. Beide Enden werden zusammengeschwei?t und der Eingangsakkumulator beginnt mit dem Abwickeln. Ebenso wickelt der Ausgangs-Akkumulator das Stahlband auf, bis die Spule voll ist. (Abbildung 1 Bandglühanlage)

Verschiedene ?fen

?fen sind n?tig, um dem Stahl die gewünschten Eigenschaften zu geben, indem es auf eine bestimmte Temperatur nach vorgegebenem Profil aufgeheizt wird. Dabei wird die Korngr??e innerhalb des Metalls bestimmt und das Metall für weitere Verarbeitungsschritte, z.B. Galvanisierung, vorbereitet.

Im Vorheizofen wird das kalte Stahlband auf die h?chste Temperatur des Glühprofils aufgeheizt. Da die Gefahr einer Sauerstoffverunreinigung und Flammenl?ngen-Hotspots besteht, wird die W?rme radial über das Band verteilt. Dazu dienen keramische Stahlrohre, die durch Gas befeuert werden.

Der Durchglühofen wird ben?tigt, um die W?rme des Bandes aufrecht zu erhalten. Dieser Ofen wird elektrisch beheizt.

Der erste der prim?ren Kühlabschnitte besteht aus einer Kühlkammer zur langsamen Abkühlung. In dieser Kammer sitzen zwei Gebl?se mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten, die das Atmosph?regas durch wassergekühlte W?rmetauscher blasen. Der zweite Abschnitt der prim?ren Kühlung besteht aus einer Kühlkammer zur schnellen Abkühlung. Das Band wird durch einen Lüfter mit ver?nderbarer Geschwindigkeit abgekühlt. Die Kühll?nge wird durch die Positionen der drei Drosselklappen entlang der vertikalen L?nge der Kammer bestimmt. Diese Kammer ist ebenso vertikal aufgeteilt, um eine Temperaturprofilregelung über die Bandbreite vorzunehmen. Zur Temperaturmessung wird ein Scan-Pyrometer verwendet.

Die überalterungskammer wird elektrisch beheizt und h?lt das Stahlband auf mittlerer Temperatur.

Im zweiten Kühlabschnitt wird der Stahl durch eine Kaskadenschaltung von Lüftern mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten abgekühlt. Die Lüfter verwenden das Atmosph?rengas, das durch die W?rmetauscher abgekühlt wurde.

Die endgültige Abkühlung wird durch Aufsprühen und Eintauchen in Wasser erreicht.

Atmosph?renregelung

Um die Oxidation auf dem Stahlband zu vermeiden, besteht die Atmosph?re innerhalb des Ofens aus einem Gemisch aus H2 und N2 (aufgespaltener Ammoniak NH3 liefert 5% H2 und 95% H2). In manchen Anwendungen wird jedoch nur Wasserstoff verwendet. Die ?fen selbst sind gegen Gasaustritt abgedichtet und stehen unter leicht erh?htem Druck.

Anlagenstopp

Aus Produktivit?tsgründen ist es wünschenswert, die Bandbewegung zu allen Zeiten zu erhalten. Jedoch sind Fehler und somit der Stopp des Bandes nicht vermeidbar. In diesem Fall besteht das Risiko, dass das Band überhitzt und bricht, was einen gr??eren Ausfall zur Folge hat.

Aus diesem Grund arbeitet das Regelsystem vorausschauend und reagiert auf zu geringe Bandgeschwindigkeiten, Verlangsamung der Anlagengeschwindigkeit und Anlagenstopp. Notwendige Ma?nahmen sind die Minimierung der Heiz?fenbefeuerung und Aufrechterhaltung des Gasdrucks infolge des abkühlenden Bandes.

Betrieb

Die Anlage hat drei Betriebsarten, die in Abbildung 2 dargestellt sind.

  • Line-Model-Modus
  • Band-Standby-Modus
  • Zonenregelung

Im Line-Model-Modus liefert das modellierende Leitsystem die Geschwindigkeit, Tension, Zonentemperatur und Drosselklappen-Sollwerte plus weitere Ausg?nge basierend auf der aktuellen Banddicke, Breite und Zusammensetzung. Das Leitsystem berechnet und optimiert die Reglersollwerte und verwendet Rückführung und Feedforward zur Modifizierung der verschiedenen Algorithmen. Ist z.B. eine neu geladene Spule breiter und schwerer als die aktuelle Spule, ‚plant‘ die modellierende Datenbasis den Eintritt des Bandes in den Heizofen (aufgrund von Schwei?nahtdetektoren). Schon vorher wird die Temperatur dieser Ofenzone erh?ht. Zugleich wird jedoch die Bandgeschwindigkeit ebenso erh?ht, dass das aktuelle Band nicht überhitzt wird. L?uft das aktuelle Band aus den Heiz?fen, wird die Geschwindigkeit des Bandes wieder verringert, damit das nachfolgende, schwerere Band genügend Zeit zum Durchglühen hat.(Abbildung 2 Betriebsarten)

m Band-Standby-Modus werden die Regler für die Zonentemperatur nicht verwendet. Der Verbrennungsbedarf für jede Zone wird von dem nachfolgenden Regler für die Bandtemperatur berechnet (Abb. 3). In diesem Modus werden die Zonen von unterschiedlichen Startpunkten aus stufenweise erh?ht, um eine weiche thermische Sprungantwort zu liefern.

Im Zonenregelungsmodus werden die Regler für die Zonentemperatur mit lokalen Sollwerten verwendet.

Die Auswahl der Betriebsart wird vom Bediener für jeden Ofen bestimmt. Unter manchen Umst?nden sind jedoch sofortige Aktionen unumg?nglich. F?llt z.B. die Bandgeschwindigkeit unter einen Grenzwert, wird automatisch ‚Band Standby‘ erkannt, da das Pyrometer keine repr?sentativen Messwerte mehr liefert. Entweder werden die Sollwerte der Zonenregler herabgesetzt (wenn im Line-Model-Modus) oder die Regler werden auf einen abgesenkten Sollwert umgeschaltet (wenn im Zonenregelungsmodus). (Abbildung 3 Band-Standby-Modus (Vorheizofen))

Galvanisierungsanlagen

Bei der Galvanisierung wird sauberes, oxidfreies Eisen oder Stahl in flüssiges Zink eingetaucht. Dabei bekommt das Metall eine Zinkummantelung, die metallurgisch mit der Oberfl?che des Eisens oder Stahls verbunden ist. Die Verzinkung schützt die Oberfl?che vor Korrosion, indem sie:

  • das Basismetall gegen die Atmosph?re abschirmt
  • einen kathodischen Schutz bietet, da Zink elektropositiver ist als Eisen oder Stahl.

Selbst wenn die Oberfl?che angekratzt wird und das Basismetall durchkommt, bleibt das Eisen oder der Stahl gegen Korrosion geschützt, w?hrend das Zink langsam verbraucht wird.

Jede Galvanisierung besteht aus vier Schritten:

  • Oberfl?chenvorbereitung: besteht aus Reinigungs- und Beizvorg?ngen, die die Oberfl?che von Schmutz, Schmierfett, Rost und Abrieb befreien.
  • Preflux: dient der Entfernung der Oxide, die sich auf der Eisen- oder Stahloberfl?che nach dem Beizen gebildet haben und verhindert erneute Rostbildung.
  • Galvanisierung
  • Endbehandlung: beinhaltet ein Abschreckbad, das Entfernen überflüssigen Zinks und eine Inspektion

Der Prozess der Feuerverzinkung (dargestellt in Abbildung 4 Galvanisierungsanlagen) ist für nahezu alle bearbeiteten und nicht bearbeiteten Produkte wie Kabel, Bleche, B?nder, Rohre usw. verwendbar. Bei diesem Prozess kommen Regelfunktionen zur Anwendung, die denen der Bandglühanlagen gleichen. Die Hauptregelbereiche sind:

  • Bandtemperatur
  • Badeintauchzeit
  • Badaustrittsrate
  • Stahlabkühlrate

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