[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Wärmebehandeln
von langgestrecktem Metallgut, insbesondere von Draht.
[0002] Eine der gebräuchlichen Arten der Wärmebehandlung von Draht ist das Patentieren,
durch welches das Drahtgefüge über eine Austenitisierung möglichst vollständig in
ein Sorbitgefüge überführt werden soll.
[0003] Bereits im Jahre 1930 ist mit Erfolg versucht worden das klassische Patentieren,
bei welchem die Erwärmung des Drahtes auf die erforderliche Patentierungstemperatur
in einen beheizten Ofenteil durch Strahlung erfolgt und demzufolge insbesondere bei
dicken Drahtabmessungen eine verhältnismässig lange Aufenthaltszeit des Drahtes in
den Anlagen erfordert, durch ein elektrisches Patentierverfahren zu ersetzen, bei
welchem der Draht einer unmittelbaren Widerstandserhitzung unterworfen wird.
[0004] Die hierfür gebräuchlichen Anlagen bestehen generell aus einem Vorwärmbad, zumeist
einem Bleibad, das den durchgeleiteten Draht auf 450-550
0C aufheizt. Diesem Vorwärmbad, das durch beliebige Mittel auf die hierzu notwendige
Temperatur gebracht wird, ist ein ähnliches Bad als Abschreckbad nachgeschaltet. Beide
Bäder sind mit einem Transformator verbunden, so dass der durch die flüssigen Metallmengen
geleitete Draht auf der Strecke, die er zwischen beiden Bädern frei durchläuft, unter
Ausnutzung seines Ohm'schem Widerstands aufgeheizt wird. Durch gezielte Wahl der Transformatorenleistung,
sowie der Länge der vom Draht durchlaufenden freien Strecke -der sog. Glühstrecke-
wird innerhalb kürzester Zeit die zur Austenitisierung erforderliche Temperatur von
etwa 1000°C, die deutlich oberhalb Ac
3 liegt, erreicht. Beim nachfolgenden Durchlaufen des Drahtes durch das Abschreckbad,
in welchem der Draht auf rund 500°C abgekühlt und während etwa 20 Sek. auf dieser
Temperatur gehalten wird, erfolgt die Ausbildung des gewünschten feinkörnigen Sorbitgefüges.
[0005] Während erhebliche'Energiemengen zur Beheizung des Vorwärmbades benötigt werden,
muss die durch den glühenden Draht in das Abschreckbad eingeführte thermische Energie
wieder abgeführt werden, was einen weiteren energetischen und technischen Aufwand
erforderlich macht. Das elektrische Widerstandspatentieren verbraucht in der Tat mehr
Energie zum Betreiben der Metallbäder, als zum eigentlichen Widerstandserhitzen des
Drahtes.
[0006] Es ist versucht worden, den Energieverbrauch dadurch zu senken, dass man den Draht
durch Erhitzen in mindestens einem elektrischen Induktionsofen austenitisierte und
ein einziges Metallbad gleichzeitig als Vorwärm-, sowie als Abschreckbad benutzte.
Der Vorteil dieses Verfahrens, das in der Tat eine Senkung des gesamten Energieverbrauchs
mit sich bringt, wird allerdings durch einen schwerwiegenden Nachteil wieder aufgehoben
und zwar ist es erwiesenermassen nicht möglich, Drähte von einen Durchmesser oberhalb
3 nun problemlos durch einen Induktionsofen zu leiten, wenn man gleichzeitig die Aufheizgeschwindigkeit
im Ofen und die Geschwindigkeit des Drahtvorschubs mit den metallurgischen Erfordernissen
des Patentiervorgangs im Einklang halten muss.
[0007] Das Ziel der vorliegenden Erfindung bestand demnach darin, eine Vorrichtung zu schaffen,
die einerseits die bequem durchführbare Ohm'sche Widerstandsaufheizung des zu patentierenden
Drahtes beibehält und die andererseits den bei diesem an sich bekannten Verfahren
auftretenden hohen Energieaufwand deutlich reduziert.
[0008] Erfindungsgemäss wird dieses Ziel erreicht durch eine Vorrichtung, die generell zwei
mit flüssigem Metall, vorzugsweise Blei, gefüllte Pfannen begreift, von denen eine
als Vorwärmepfanne und die andere als Abschreckpfanne ausgebildet ist und die beide
mit der Sekundärwicklung eines Transformators verbunden sind und die dadurch gekennzeichnet
ist, dass die Vorwärmpfanne in der Abschreckpfanne teilweise eintauchend angeordnet
ist, wobei der Mantel der Vorwärmpfanne gegenüber dem flüssigen Metall der Abschreckpfanne
bei einer möglichst hohen Wärmedurchlässigkeit eine vollkommene elektrische Isolierung
aufweist.
[0009] Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform ist die Abschreckpfanne mit einem Pumpaggregat
ausgerüstet. Uebersteigt die Kapazität der Abschreckpfanne die der Vorwärmpfanne um
mehr als das Doppelte, so ist der Einbau eines Pumpaggregates jedenfalls zu empfehlen.
[0010] Als Pumpaggregat kann ein konventionelles Gerät dienen, das für das Umwälzen von
Metallbädern geeignet ist. Das laufende Umwälzen des flüssigen Metalls in der Abschreckpfanne
dient einerseits zum Transport thermischer Energie in die unmittelbare Umgebung des
Mantels der Vorwärmpfanne und andererseits zum Vermeiden von Ueberhitzungserscheinungen
in der Drahteintrittszone.
[0011] Die zum Glühen und Austenitisieren des Drahtes benötigte Energie, die im Verlauf
des nachfolgenden Sorbitisierens nahezu vollständig an das Abschreckbad übergeht,
wird erfindungsgemäss also zum Aufheizen des Vorwärmebades verwendet, da die Vorwärmepfanne
von dem flüssigen Metall, das sich in der Abschreckpfanne befindet, nahezu ganz umspült
wird.
[0012] Erfindungsgemäss ist die Abschreckpfanne mit einem kombinierten Heiz-Kühlaggregat
ausgerüstet. Die Rolle dieses Aggregates besteht darin, die notwendigen Temperaturverhältnisse
beim Anfahren der Anlage herzustellen, bzw. etwaige überschüssige thermische Energiemengen
jederzeit abzuleiten.
[0013] Durch die erfindungsgemässe Vorrichtung wird es ermöglicht das Vorwärmbad ohne zusätzliche
äussere Energiezufuhr stets auf einer genügend hohen Temperatur zu halten. Dazu erreicht
man dass im Abschreckbad die zur Ausbildung des gewünschten Sorbitgefüges notwendigen
Bedingungen, nämlich eine homogene Temperatur von 500-550°C herrscht und dass die
durch den glühenden Draht an das Abschreckbad abgegebene thermische Energie sinnvoll
genutzt wird. Gegenüber konventionellen Widerstandspatentieranlagen lässt sich auf
diese Weise eine Energieersparnis von bis zu 50% erreichen.
[0014] Werden die Ausmasse des Abschreckbades so dass sie diejenigen des Vorwärmbades um
das Doppelte überschreiten, so kann man vorsehen, die Abschreckpfanne in möglichst
langgestreckter Form auszuführen. In einer konsequenten Weiterführung dieses Baukonzepts
kann man auch vorsehen, die Abschreckpfanne einerseits durch eine Staumauer in zwei
Abteile zu unterteilen oder andererseits zwei getrennte Abschreckpfannen einzusetzen,
deren eine die Vorwärmpfanne enthält und mit der anderen über Durchflusskanäle verbunden
ist.
[0015] Die Mäntel der Pfannen bestehen zweckmässigerweise aus Stahl. Es ist möglich bei
der Ausführung des Mantels der Vorwärmpfanne eine Isolationsschicht in Form eines
Verbundmaterials einzusetzen. Man kann jedoch auch eine Sandwich-Konstruktion vorsehen,
in der zwischen zwei Stahlmänteln eine Isolierschicht vorzugsweise aus keramischem
Material eingebettet ist.
[0016] Die Abbildungen zeigen schematische Darstellungen von zwei bevorzugten Ausführungen
der erfindungsgemässen Vorrichtung.
Fig. 1 zeigt eine Ausführung mit symetrischer Anordnung von Vorwärm- und Abschreckpfanne
zueinander, und Fig. 2 zeigt eine Ausführung mit der Abschreckpfanne in gestreckter
Form.
[0017] In Fig. 1 unterscheidet man die ineinander angeordneten Pfannen mit dem Vorwärmbad
(10) und dem Abschreckbad (20). Der Mantel der Vorwärmpfanne (11) ruht auf den Stützen
(13). Er ist mit einer inneren Isolierung (12) ausgestattet, die das Vorwärmbad (10)
und das Abschreckbad (20) elektrisch voneinander isoliert und lediglich einen Uebergang
thermischer Energie gestattet.
[0018] Der Mantel der Vorwärmpfanne (11), sowie der Mantel der Abschreckpfanne (21) sind
mit der Sekundärwicklung (31) des Transformators (30) verbunden. Die Metallbäder (10)
und (20) wirken somit als elektrische Kontaktbäder für den in Pfeilrichtung hindurchgeleiteten
Draht (1). Die mit Punkten versehene Drahtstrecke (G) entspricht der Glühstrecke innerhalb
derer der Draht rasch auf etwa 1000°C aufgeheizt wird.
[0019] Im Inneren des Abschreckbades (20) befindet sich das kombinierte Heiz-Kühlaggregat
(22), das beim Anfahren der Vorrichtung, sowie beim Abführen überschüssiger Energiemengen
betätigt wird.
[0020] Nach dem Durchgang durch das Vorwärmbad (10) und die Glühstrecke (G) durchläuft der
Draht (1) das Abschreckbad (20) in der entgegengesetzten Richtung und durchläuft abschliessend
die umluftgekühlte Kühlstrecke (40).
[0021] Fiq. 2 zeigt die Ausführung der erfindungsgemässen Vorrichtung mit der Abschreckpfanne
in gestreckter Form. Hierbei wird zusätzlich ein Pumpaggregat (23) zum Transport von
thermischer Energie in die unmittelbare Umgebung der Vorwärmpfanne vorgesehen.
[0022] Die Drahtführung erfolgt stets in der gleichen Richtung. Demzufolge wirkt das Pumpaggregat
(23) hier in entgegengesetzter Richtung zum Drahtvorschub.
1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Wärmebehandeln von langgestrecktem Metallgut,
insbesondere von Draht, die generell zwei mit flüssigem Metall, vorzugsweise Blei,
gefüllte Pfannen begreift, von denen eine als Vorwärmpfanne und die andere als Abschreckpfanne
ausgebildet ist und die beide mit der Sekundärwicklung eines Transformators verbunden
sind,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorwärmpfanne in der Abschreckpfanne teilweise eintauchend
angeordnet ist, wobei der Mantel der Vorwärmpfanne gegenüber dem flüssigen Metall
der Abschreckpfanne bei einer möglichst hohen Wärmedurchlässigkeit eine vollkommene
elektrische Isolierung aufweist.
2. Vorrichtung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Abschreckpfanne
ein Pumpaggregat angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1-2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschreckpfanne
ein kombiniertes Kühl-Heizaggregat aufweist.