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Stay in this territory

Glühen nennt man den Prozess, bei dem Metall, Glas und andere Materialien weniger spröde und besser bearbeitbar gemacht werden. In der Stahlindustrie wird der Stahl aufgeheizt und nach einem bestimmten Wärmeprofil behandelt. Das Ergebnis ist eine bessere Formbarkeit und das Entfernen von Spannungen, die in der späteren Bearbeitung zu Fehlern führen können.

Single-Stack-Haubenglühöfen

Im Gegensatz zum Bandglühverfahren, bei dem in ca. 15 Minuten die Stahlspule abgewickelt, behandelt und wieder aufgewickelt wird, werden bei dem Haubenglühofen die gesamten Spulen in kleinen Öfen ca. 3 Tage aufgeheizt.

In der Regel werden vier bis fünf Spulen auf einem festen Sockel aufgestapelt und bedeckt. Anschließend wird ein mobiler Ofen über den Stapel herabgesenkt. Abbildung 1 zeigt zeigt einen typischen, gasbefeuerten Single-Stack-Haubenglühofen. Die Spulen haben ein Gewicht zwischen 10 und 20 Tonnen.

Der Raum zwischen innerer Abdeckung und Ofen wird durch eine Gas-/Luft-Verbrennung beheizt. Die HNX-Innenseite der Abdeckung wird durch einen Lüfter belüftet, um den Spulen die Wärme zuzuführen. Die Brenner sind tangential entlang des Umfangs des Ofens angeordnet. Am Ofen sind Steckanschlüsse für die Anbindung von Gas, elektrischem Regelventil, Stellmotor und Thermoelementen.

Um die Abkühlung nach dem Durchglühen zu beschleunigen, wird der HNX über einen Wärmeaustauscher abgekühlt.

Atmosphärenregelung

Um die Oxidation auf dem Stahlband zu vermeiden, besteht die Atmosphäre innerhalb des Ofens aus einem Gemisch aus H2 und N2 (aufgespaltener Ammoniak NH3 liefert 5% H2 und 95% H2). Aufgrund seiner erhöhten Leitfähigkeit wird in manchen Anwendungen jedoch nur Wasserstoff verwendet. Die Öfen selbst sind gegen Gasaustritt abgedichtet und stehen unter leicht erhöhtem Druck.

Thermische Profile & Anlassregelung

Bei der Arbeit mit einem Single-Stack-Haubenglühofen werden nur zwei Regelkreise benötigt, die alle nötigen Basisinformationen für ein übergeordnetes Leitsystem zur Verfügung stellen.

Die Ventile für Gas und Luft sind mechanisch verbunden, damit sie zusammen reagieren und das richtige Verhältnis über die gesamte Motorlaufstrecke beibehalten. Die Verbindung wird über einen elektrischen Motor bewegt und das Regelmodul beinhaltet einen Algorithmus für die Steuerung (stoßfreie Regelung) der Gasventilposition. Zwei Digitalausgänge sind für Öffnen und Schließen der Motorspulen vorgesehen. Die Werte für die Gesamtmotorlaufzeit (Ende-zu-Ende) und die Minimale Impulszeit des Motors werden in das Regelmodul eingegeben. Der Eingang zum Öffnen-Schließen-Algorithmus ist der PID-Ausgang des Gas-Regelkreises, kaskadiert vom Master-Temperaturregler.

Der Sollwert des Temperaturreglers stellt den Temperzyklus (Behandlungszyklus) dar. Die Parameterwerte, die den Zyklus definieren, werden durch den Bediener zum Regler geladen. Der Bediener bestimmt auch den Temperprozess. Die Werte beinhalten:

  • Tempernummer
  • Rampensteigung
  • Durchglühtemperatur
  • Durchglühzeit
  • HNX-Vortemperatur
  • Bandtemperatur

Ist das Temperaturprofil zum Regler geladen, folgt dieser automatisch den Werten des Profils. Zunächst arbeitet der Regelkreis auf der HNX-Temperatur. Überschreitet jedoch die Differenz zwischen HNX und Stahltemperatur (Sockel-Thermoelement) einen bestimmten, voreingestellten Wert, wird die Rampe eingefroren. Die Rampe läuft weiter, bis HNX die Stahl-Durchglühtemperatur plus die HNX-Vortemperatur erreicht hat. Danach regelt der Regler auf der Stahltemperatur. Sobald die Durchglühtemperatur erreicht wird, wird ein Durchglühtimer gestartet, bei dessen Ablauf das Gasventil geschlossen wird. Der Stahl kühlt aus, bis die Temperatur erreicht wird (normalerweise 550°C), bei welcher der Lüfter für die beschleunigte Kühlung gestartet wird. Bei etwa 100°C wird der Lüfter abgeschaltet und der Ofen kann entfernt werden.

Während des Zyklus liefert der Regler folgende Informationen zurück:

  • Tempernummer
  • Rampensteigung
  • Zyklus gestartet
  • Durchglühen gestartet
  • Stahlregelung
  • Durchglühen beendet
  • Gasverbrauch
  • HNX-Temperaturüberschreitung
  • Kühlwasser-Temperaturüberschreitung
  • Basislüfter eingeschaltet

Die Eurotherm-Lösung für einen Single-Stack-Haubenglühofen beinhaltet:

  • Sicheren Einsatz von Gas (Schutzgas)
  • Engmaschige Temperaturregelung zur Verhinderung von Überschwingern
  • Optimale Verwendung des Atmosphäregases
  • Unbegrenzte Anzahl von Rezepten zur Minimierung von Bedienfehlern und Eingabe von kundeneigenen Materialklassen
  • Effiziente und kundeneigene Chargenreporte liefern wertvolle Produktionsdaten
  • Kosteneffiziente Erweiterungsmöglichkeiten für zusätzliche Durchglühsockel

Multi-Stack-Haubenglühöfen

In der Stahlindustrie werden neben den Single-Stack- auch Multi-Stack-Haubenglühöfen verwendet. Abbildung 2 zeigt einen Multi-Stack-Haubenglühofen. Diese Öfen werden für das Durchglühen bei hohen Temperaturen (über 1000°C) verwendet, das für elektrischen Stahl für Transformatoren und spezielle Applikationen notwendig ist. Als Atmosphärengas wird Wasserstoff verwendet und der Ofen wird elektrisch beheizt.

Die Öfen sind in acht Batterien aufgeteilt. Jede Batterie enthält vier Sockel von denen jeder vier Stapel mit je zwei Spulen aufnehmen kann.

Für jede Batterie mit vier Sockeln stehen zwei elektrische Versorgungen zur Verfügung, so dass immer nur zwei Sockel gleichzeitig beheizt werden können. Im Normalfall werden also zwei Sockel beheizt, während ein Sockel abgekühlt und der letzte Sockel be- oder entladen wird.

Mobile Öfen, die für jeden Sockel verwendet werden können, enthalten vier Heizzonen plus eine fünfte auf Bodenhöhe. Für jede elektrische Versorgung werden die fünf Heizzonen im Ein/Aus-Modus oder im zeitproportionalen Modus geregelt. Ein Versorgungsregelmodul sammelt und speichert die analogen Eingänge von den entsprechenden Sockeln, abhängig von der verwendeten Versorgung. Für die Regelung wird aus den zwei Messwerten der Sockeltemperaturen der Mittelwert gebildet.

Ebenso werden folgende Funktionen vom Regelmodul geliefert:

  • Die durchschnittliche Zonentemperatur wird berechnete und verwendet, falls das Zonenthermoelement defekt ist.
  • Ein Wasserstoff-Toleranz-Flag wird gesetzt, wenn alle Zonen über 610°C liegen.
  • Die Digitaleingänge der Spannungsversorgungen werden überprüft (es darf nur ein Sockel für jede Versorgung ausgewählt werden und nur eine Versorgung darf auf einen Sockel geschaltet werden).

Ein zusätzliches Regelmodul bietet eine Überwachung der Zonenheizelemente. Der aktuell fließende Strom durch jede Phase der Zonenelemente wird mit dem Bedarf verglichen. Wird durch den Strom ein Leerlauf im Ein-Zustand (hoher Widerstand) oder Kurzschluss im Aus-Zustand (geschweißter Kontakt) angezeigt, wird ein Abweichungsalarm ausgelöst. Alle Ströme werden summiert und liefern die Gesamtleistung.

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