(57)【要約】      （修正有）【課題】金属部材、特にアルミニウムストリップの熱処理のための通過式炉装置の提供。【解決手段】通過式炉装置（１００）は、溶体化焼鈍処理のために金属部材（１１０）を３００℃〜７５０℃の範囲の第１温度に加熱する第１加熱ユニット（１０１）と、金属部材（１１０）を３００℃〜７５０℃から７０℃〜２５０℃まで冷却する冷却ユニット（１０２）と、金属部材（１１０）を１５０℃〜２９０℃に加熱する第２加熱ユニット（１０３）を有し、各ユニットは、各ユニットを通って延在する、共通の担体構造（１０６）に固定され、搬送路（１０７）は、金属部材（１１０）が、熱処理のために、第１加熱ユニット（１０１）、冷却ユニット（１０２）及び第２加熱ユニット（１０３）を通る搬送方向（１０９）に搬送路（１０７）に沿って通り抜けられるように、構成されている通過式炉装置。【選択図】図１
2019143239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属部材、特にアルミニウムストリップ、の熱処理のための通過式炉装置であって、
当該通過式炉装置は、
溶体化焼鈍処理のために金属部材を３００℃〜７５０℃の範囲の第１温度に加熱することができる第１加熱ユニットと、
前記金属部材を３００℃〜７５０℃から７０℃〜２５０℃に冷却することができる冷却ユニットと、
前記金属部材を１５０℃〜２９０℃に加熱することができる第２加熱ユニットと、
前記第１加熱ユニット、前記冷却ユニット及び前記第２加熱ユニットを通って延在する共通の搬送路と、
を備え、
前記第１加熱ユニット、前記冷却ユニット及び前記第２加熱ユニットは共通の担体構造を有し、前記担体構造には、前記第１加熱ユニット、前記冷却ユニット及び前記第２加熱ユニットが相互に固定されており、
前記搬送路は、前記金属部材が、熱処理のために、前記搬送路に沿って、前記第１加熱ユニット、前記冷却ユニット及び前記第２加熱ユニットを通って搬送方向に通り抜けられるように構成されている、
通過式炉装置。
【請求項２】
前記搬送路は、少なくとも一区画において、複数のローラーを備え、それらに沿って前記金属部材は前記搬送方向に移動することができる、
請求項１記載の通過式炉装置。
【請求項３】
前記搬送路は、少なくとも一区画において、浮揚ノズルを備え、
前記浮揚ノズルは、流体、特に空気を、前記金属部材の下面に対して流すように構成されており、従って前記金属部材は浮揚して前記一区画を通って前記搬送方向に搬送されることができる、
請求項１又は２記載の通過式炉装置。
【請求項４】
前記第１加熱ユニットは前記搬送方向に沿って、４０ｍ〜７５ｍ又は２０ｍ〜９０ｍ又は４０ｍ〜１２０ｍの長さを有する、
請求項１乃至３いずれか１項記載の通過式炉装置。
【請求項５】
前記冷却ユニットは前記搬送方向に沿って、５ｍ〜３５ｍ、特に１２ｍ〜１８ｍ、又は１ｍ〜３５ｍ、又は、５ｍ〜５０ｍの長さを有する、
請求項１乃至４いずれか１項記載の通過式炉装置。
【請求項６】
前記第２加熱ユニットは前記搬送方向に沿って、５ｍ〜２５ｍ、特に１２ｍ〜１５ｍ、又は、１ｍ若しくは２ｍ〜２５ｍ、又は、５ｍ〜５０ｍの長さを有する、
請求項１乃至５いずれか１項記載の通過式炉装置。
【請求項７】
前記第１加熱ユニットは、燃料ガス、コンタクトヒータ、誘導ヒータ、対流ヒータ、渦電流ヒータ、電気熱レジスタ、赤外線ヒータ、又は、熱放射ヒータを用いて、前記金属部材を加熱するように構成されている、
請求項１乃至６いずれか１項記載の通過式炉装置。
【請求項８】
前記第２加熱ユニットは、燃料ガス、コンタクトヒータ、誘導ヒータ、対流ヒータ、渦電流ヒータ、電気熱レジスタ、赤外線ヒータ、又は、熱放射ヒータを用いて、前記金属部材を加熱するように構成されている、
請求項１乃至７いずれか１項記載の通過式炉装置。
【請求項９】
前記冷却ユニットは、前記金属部材を冷却するための冷却媒体、特に空気又は水、のためのノズルを備える、
請求項１乃至８いずれか１項記載の通過式炉装置。
【請求項１０】
当該通過式炉装置はさらに、
７０℃〜２５０℃の前記金属部材の温度を保持する保持ユニットを備え、
前記保持ユニットは、前記冷却ユニットと前記第２加熱ユニットとの間に配置されており、
前記保持ユニットは、前記担体構造に接続されており、
前記搬送路は前記保持ユニットを通って延在する、
請求項１乃至９いずれか１項記載の通過式炉装置。
【請求項１１】
前記保持ユニットは、搬送方向に沿って５ｍ〜２５ｍ、特に１２ｍ〜１５ｍの長さを有する、
請求項１０記載の通過式炉装置。
【請求項１２】
前記通過式炉装置はさらに、
前記金属部材を１５０℃〜２７０℃から７０℃〜１５０℃に冷却することができる、さらなる冷却ユニットを備える、
前記さらなる冷却ユニットは、前記搬送方向において、前記第２加熱ユニットの後段に配置されており、
前記さらなる冷却ユニットは、前記担体構造に接続されており、
前記搬送路は前記さらなる冷却ユニットを通って延在する、
請求項１乃至１１いずれか１項記載の通過式炉装置。
【請求項１３】
前記さらなる冷却ユニットは、前記搬送方向に沿って、１８ｍ〜２２ｍ、特に２０ｍの長さを有する、
請求項１２記載の通過式炉装置。
【請求項１４】
前記搬送路は、搬送路の搬送速度が６０ｍ／分と９０ｍ／分の間、特に７０ｍ／分と８０ｍ／分の間で設定可能であるように構成されている、
請求項１乃至１３いずれか１項記載の通過式炉装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１４いずれか１項記載の通過式炉装置を用いて、金属部材、特にアルミニウムストリップを熱処理するための方法であって、
前記第１加熱ユニット内で、溶体化焼鈍処理のために、３００℃〜７５０℃の範囲の第１温度に前記金属部材を加熱するステップと、
前記冷却ユニット内で、３００℃〜７５０℃から７０℃〜２５０℃に前記金属部材を冷却するステップと、
前記第２加熱ユニット内で、１５０℃〜２９０℃に前記金属部材を加熱するステップと、を含み、
前記金属部材は、熱処理のために、前記搬送路に沿って搬送方向に、前記第１加熱ユニット、前記冷却ユニット及び前記第２加熱ユニットを通って通り抜ける、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属部材、特にアルミニウムストリップを熱処理するための通過式炉装置、並びに、通過式炉装置で金属部材を熱処理するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車産業などの多くの産業分野では、十分な安定性を犠牲にすることなくより軽量の部品を使用することが要求されている。この理由から、アルミニウム合金又はマグネシウム合金のようなより軽い材料が使用される。これらが高い比強度および剛性を有するからである。
【０００３】
これらの有利な軽い材料を使用するためには、製造されるべき部品の所望の構造特性（Gefuegeeigenschaften）を設定するために、適切な熱処理プロセスが実施されるべきである。熱処理プロセスの実施は時間がかかり、それは対応する熱処理プラントの効率を制限する。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の課題は、金属部材、特にアルミニウムストリップを効果的に熱処理することができる、効果的な熱処理装置を提供することにある。
【０００５】
この課題は、本願の独立請求項による、金属部材の熱処理のための通過式炉装置、及び、通過式炉装置で金属部材を熱処理するための方法によって解決される。
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、金属部材、特にアルミニウムストリップの熱処理のための通過式炉装置が記載される。通過式炉装置（Die Durchlaufofenanlage）は、溶体化焼鈍処理のために（zum
Loesungsgluehen）金属部材（１１０）を３００℃〜７５０℃の範囲の第１温度に加熱することができる第１加熱ユニットと、前記金属部材を３００℃又は３５０℃〜７５０℃又は７５０℃から７０℃〜２５０℃（特に５０℃〜１５０℃）に冷却することができる冷却ユニットと、前記金属部材を１５０℃〜２７０℃又は２９０℃に加熱することができる第２加熱ユニットと、を有する。第１加熱ユニット、冷却ユニット及び第２加熱ユニットは共に、第１加熱ユニット、冷却ユニット及び第２加熱ユニットが相互に固定されている共通の担体構造（Traegerstruktur）を有する。さらに、通過式炉装置は、第１加熱ユニット、冷却ユニット及び第２加熱ユニットを通って延在する共通の搬送路を有し、搬送路は、金属部材が第１加熱ユニット、冷却ユニット及び第２加熱ユニットを通る搬送方向に通り抜けるように構成されている。
【０００７】
本発明のさらなる態様によれば、上述の通過式炉装置を用いて、金属部材、特にアルミニウムストリップを熱処理するための方法が記載される。方法によれば、金属部材は、第１加熱ユニット内で、溶体化焼鈍処理のために、３００℃又は３５０℃〜７００℃又は７５０℃の範囲の第１温度に加熱される。その後、金属部材は、冷却ユニット内で、３００℃又は３５０℃〜７００℃又は７５０℃から７０℃〜２５０℃（特に５０℃〜１５０℃）に冷却される。その後、金属部材は、第２加熱ユニット内で、１５０℃〜２７０℃又は２９０℃に加熱される。金属部材は、熱処理のために、搬送路に沿って搬送方向に、前記第１加熱ユニット、前記冷却ユニット及び前記第２加熱ユニットを通って通り抜ける。
【０００８】
通過式炉装置は特に連続的熱処理装置であって、ここでは金属部材は搬送方向に沿って、連続的に又は継続的に熱処理段階を経て案内される。その際、金属部材は、例えばローラーに沿って、接触して保持されて搬送されても良いし、非接触で浮揚状態で搬送されても良い。
【０００９】
通過式炉装置は、特に金属部材を熱処置するのに適している。金属部材は、特にアルミニウム部品である。特に通過式炉装置は、アルミニウムストリップを連続的に通過式炉装置を通して搬送し、温度調節するように構成されている。アルミニウムストリップは、特に、シリーズ１ｘｘｘ、２ｘｘｘ、３ｘｘｘ、４ｘｘｘ及び５ｘｘｘ、６ｘｘｘ、７ｘｘｘ及び８ｘｘｘの種々のアルミニウム合金からなる冷間圧延（kaltgewalzt）アルミニウムストリップである。金属部材又はアルミニウムストリップは、０．８〜４ｍｍの厚さを有する。
【００１０】
冷間圧延されたアルミニウムストリップは、必要な冶金学的条件を達成するために、まず、第１加熱ユニットにおいて焼鈍しされ（geglueht）又は溶体化焼鈍処理される（loesungsgeglueht）。アルミニウムストリップは、スプール内で（in einer Spule ）冷間圧延装置から（von einer
Kaltwalzanlage）第１加熱ユニット１０１へ、例えば連続的な焼鈍し・溶体化熱処理炉（Loesungswaermebehandlungsofen）へと移送される。
【００１１】
第１加熱ユニットにおけるアルミニウムストリップの加熱は、例えば、いくつかのノズルボックスを通してアルミニウムストリップに上下から垂直方向に熱風を吹き付けることによって行われる。熱風は、強制的な対流熱伝達を可能にする、例えば遠心送風機を介して吹き付けられ、それによってアルミニウムストリップの急速で均一な加熱が可能になる。送風機の速度は、例えば周波数制御された換気送風機の回転数の適合によって熱伝達を調整する。
【００１２】
金属部材、特にアルミニウムストリップのアニール熱処理（Die Gluehwaermebehandlung）は、結果として生じる金属部材内の微細粒状の組織構造を伴う（mit resultierender feinkoerniger Gefuegestruktur）冷間圧延状態の再結晶化及び回復（Rueckgewinnung）をもたらす。溶体化処理では、焼鈍に加えて、主安定相も溶解し、金属部材は溶解物質で濃縮される（mit geloesten Stoffen angereichert）。上述の条件は、金属部材内の必要な機械的特性が熱処理の最後に達成されるために望ましい。温度調節及び溶体化焼鈍のための温度は、通常３５０℃〜５７０℃の範囲である。
【００１３】
冷却ユニットは、第１加熱ユニットの直後に配置されており、従って金属部材は、３５０℃〜７００°の範囲の第１加熱ユニットからの相応の出口温度から、７０℃〜２５０℃（特に５０℃〜１５０℃）まで冷却可能である。冷却ユニット内には、同様にノズルシステムが配置されることができ、それを介して、例えば空気若しくは水又は空気／水混合物のような冷却流体が金属部材上に流れることができる。冷却ユニット内には、ストリップを第１加熱ユニットの後に乾燥するために、所定のレートの空気流（Luftstroemungsrate）を供給する冷却空気送風機が設けられている。冷却ユニット内における金属部材の冷却によって、金属部材の溶体化焼鈍処理状態が固定される（eingefroren）。冷却中には、金属部材内における熱的焼入応力（die
thermische Abschreckspannung）に注意する必要がある。高すぎる焼入応力は金属部材のゆがみを引き起こすからである。
【００１４】
この理由から、冷却ユニットは、緩やかで正確に設定可能な金属部材の冷却を行うために、例えば空気ノズル又は空気／水ノズルを有する。
【００１５】
さらに冷却ユニットは、冷却ゾーンから湿った空気を排気するために、例えば送風機を有する。冷却ユニットのための冷却空気は、周囲温度に依存しないために、予め正確に温度調節されている。処理されるべき金属ストリップのための適切な冷却プログラムを選択することによって、冷却ノズルの供給ための空気、水流及び水圧は自動的に設定される。
【００１６】
冷却ユニットを用いた例えば８０℃を下回る熱処理可能な金属部材又はアルミニウムストリップのインテリジェント焼入れの際に（Beim intelligenten Abschrecken）、固定された状態は、溶解した元素（例えばＭｇ、Ｓｉ及びＣｕ）の過飽和溶液及び焼入れされたボイドからなる。
【００１７】
金属部材特にアルミニウムストリップの強度は、本発明によれば、冷却ユニットの後に第２加熱ユニットにおける再加熱が行われることによって、さらに高められる。その際、金属部材は、熱処理の第１冷却ユニットの冷却の後に、７０℃と２７０℃との間、特に１５０℃と２７０℃との間に置かれる。例えば１５秒〜３０秒の第２加熱ユニットにおける熱処理の短い期間に基づいて、温度・時間・プロファイルは、ピーク又は頂（Spitze）のように見える。従って、「スパイク（Spiking）」熱処理として称される。スパイクは、保持時間の有無にかかわらずストリップを所望の温度に加熱することを含む。
【００１８】
冷却ユニットにおける冷却（所謂クエンチング）後の第２加熱ユニットにおけるスパイクの適用は、例えば安定したＳｉ／Ｍｇクラスターのような、合金成分の好ましい分布を生じさせる。この安定したクラスターは、例えばさらなる加熱ステップにおける色の焼き付け中に、さらなる強度増加へと導く、主硬化相（Haupthaertungsphase ）（β”）の形成のための核になる。
【００１９】
本発明によれば、例えば、第１加熱ユニット、冷却ユニット及び第２加熱ユニットのような機能的ユニットは１つの共通の担体構造に固定されている。担体構造は、例えば担体梁からなり、例えば保護枠組みを有する。このようにして、特にアルミニウムストリップのためのスパイク用途（Spiking-Anwendungen）の、一体型のコンパクトな通過式炉装置が提供される。従って、個別の任意のユニットは、独自の独立した支持構造を持たないが、共通して一体的に共通の担体構造に固定される。例えば、第１加熱ユニット、冷却ユニット及び第２加熱ユニット等の機能ユニットは、また、共通の炉筐体内に一体化されることができる。
【００２０】
相応に、通過式炉装置の入口から、通過式炉装置の終端まで通り抜けるように構成された、共通の搬送路を設けることも可能である。換言すると、通過式炉装置の内部において搬送路の移行部又は中断部が設けられていない。従って、金属部材特にアルミニウムストリップを効率的に熱処理することができる効率的な通過式炉装置が提供される。
【００２１】
本発明の例示的実施形態によれば、搬送路は少なくとも一区画においてローラーを有し、それに沿って金属部材は搬送方向に移動可能である。従って金属部材は接触保持され通過式炉装置を通って搬送されることができる。ローラーは、例えば部分的に駆動されていても良く、従ってローラーは金属部材を搬送方向に沿って駆動することができる。
【００２２】
さらなる例示的実施形態によれば、搬送路は少なくとも一区画において浮揚ノズル（Schwebeduesen）を有し、浮揚ノズルは流体、特に空気を、金属部材の下面に対して（gegen eine Unterseite）流す（stroemen）ように構成されており、従って、金属部材は浮揚して（schwebend）搬送方向にその区画を通って搬送されることができる。そのため、通過式炉装置は「連続的浮揚炉（kontinuierlicher Schwebeofen）」とも称される。
【００２３】
通過式炉装置は、その入口に偏向ローラーを有することができ、それは金属部材としてのアルミニウムストリップをまっすぐに、即ち搬送方向に平行に、炉内へと導く。好ましい実施形態によれば、金属部材は、通過式炉装置を通って完全に非接触で導かれ、相応に熱処理される。
【００２４】
特に金属部材の下面に流れ込み、金属部材の下部に相応の浮揚場を生成する浮揚ノズルフィールドに加えて、金属部材の上部にも、例えば空気、水又は空気／水混合物のような相応の温度調節流体を金属部材の上面に流すノズルが配置されることができる。適切な衝突により、温度調節流体は、金属部材の上部に圧力を作用させることができ、従って、正弦波状又は交差弧状の浮動クッション（kreuzbogenfoermiges Schwebekissen）が生成される。これは金属部材に正弦波状の波パターンをもたらし、通過式炉装置を通る金属部材の通過が安定する。
【００２５】
さらなる例示的実施形態によれば、第１加熱ユニットは、搬送方向に沿って４０ｍ〜９０ｍ、特に５０ｍ〜６５ｍの長さを有する。第１の加熱ユニットの上記の長さでは６０ｍ／分及び９０ｍ／分の搬送速度において、金属部材は好ましい溶解構造状態又は溶体化焼鈍構造状態（geloesten bzw. loesungsgegluehten Gefuegezustand ）にあることが分かった。
【００２６】
さらに、第１加熱ユニットは搬送方向に沿って２０ｍ〜９０ｍ又は４０ｍ〜１２０ｍの長さを有することができる。
【００２７】
さらなる例示的実施形態によれば、冷却ユニットは搬送方向に沿って、５ｍ〜３５ｍ、特に１２ｍ〜１８ｍの長さを有する。冷却ユニットの上述の長さでは６０ｍ／分と９０ｍ／分の搬送速度において、金属部材中の臨界熱焼入応力（eine kritische thermische Abschreckspannung）に達することなく、金属部材を好ましい溶体化焼鈍処理状態（Loesungsgluehbehandlungszustand）で固定できることが分かった。
【００２８】
さらに冷却ユニットは搬送方向に沿って、１ｍ〜３５ｍ又は５ｍ〜５０ｍの長さを有することができる。
【００２９】
さらなる例示的実施形態によれば、第２加熱ユニットは、搬送方向に沿って５ｍ〜２５ｍ、特に１０ｍ〜１８ｍ、さらに特に１２ｍ〜１５ｍの長さを有する。第２の加熱ユニットの上記の長さでは、６０ｍ／分と９０ｍ／分の搬送速度において、合金成分のより好ましい分布、例えば安定なＳｉ／Ｍｇクラスターを生成することができることが見出された。
【００３０】
さらに、第２加熱ユニットは、搬送方向に沿って、１ｍ又は２ｍ〜２５ｍ、又は、５ｍ〜５０ｍの長さを有する。
【００３１】
さらなる例示的実施形態によれば、既に述べたように、第１加熱ユニットは、燃料ガス、コンタクトヒータ、誘導ヒータ、対流ヒータ、渦電流ヒータ、電気熱レジスタ（einem elektrisches Heizregister）、赤外線ヒータ、又は、熱放射ヒータを用いて、金属部材を加熱するようにように構成されている。
【００３２】
さらなる例示的実施形態によれば、既に述べたように、第２加熱ユニットは、燃料ガス、コンタクトヒータ、誘導ヒータ、対流ヒータ、渦電流ヒータ、電気熱レジスタ、赤外線ヒータ、又は、熱放射ヒータを用いて、金属部材を加熱するように構成されている。
【００３３】
さらなる例示的実施形態によれば、冷却ユニットは、すでに述べたように、金属部材を冷却するための冷媒、特に空気、水又は空気／水混合物のためのノズルを有する。
【００３４】
さらなる例示的実施形態によれば、通過式炉装置はさらに、金属部材の７０℃〜１５０℃の温度を保つ保持ユニットを備える。保持ユニットは冷却ユニットと第２加熱ユニットとの間に配置されており、保持ユニットは担体構造に接続されており、搬送路は保持ユニットを通って延在する。
【００３５】
冷却ユニットと第２加熱ユニット内の新たな加熱との間に、金属部材は保持ユニットを通って搬送されることができ、上述した温度は一定に保たれることができる。例えば１５秒〜３分の、この時間の間に、金属部材中のボイド及び溶融物質が凝集して核に成長し始める。２種類の核がある。一方の種類の核は、第２加熱ユニット内での次の熱処理の間に溶解し、他方の種類の核は成長する。このようにして、再加熱の間に、かなりの量の安定な核が成長することができ、従って高強度の金属部材を獲得することができる。
【００３６】
さらなる例示的実施形態によれば、保持ユニットは搬送方向に沿って１０ｍ〜１８ｍ、特に１２ｍ〜１５ｍの長さを有する。このようにして、金属部材の材料内において相応の核を形成するために、一定の温度を伴う相応の上述した金属部材の滞留期間が達成されることができる。
【００３７】
さらなる例示的実施形態によれば、通過式炉装置は、さらなる冷却ユニットを有し、そこでは金属部材は１５０℃〜２７０℃から７０℃〜１５０℃に冷却される。さらなる冷却ユニットは搬送方向において第２加熱ユニットの後段に配置されており、さらなる冷却ユニットは担体構造に接続されており、搬送路はさらなる冷却ユニットを通って延在する。さらなる冷却ユニットの後で、金属部材は引き続き処理されることができ、又は場合によってはさらなる熱処理ステップが行われることができる。例えばさらなる熱処理ステップにおいて、金属部材に色又はさらなる合金が焼き付けられる（eingebrannt）ことができる。
【００３８】
さらなる例示的実施形態によれば、さらなる冷却ユニットは、搬送方向に沿って、１８ｍ〜２２ｍ、特に２０ｍの長さを有する。
【００３９】
さらなる例示的実施形態によれば、搬送路は、搬送路の搬送速度が６０ｍ／分と９０ｍ／分との間、特に、７０ｍ／分と８０ｍ／分との間で設定できるように構成されている。搬送速度は例えば制御ユニットを用いて可変に適合されることができ、従って金属部材に対して通過式炉装置に沿った種々の熱処理プロファイルが設定されることができる。
【００４０】
本明細書で述べられる実施形態は、本発明の可能な実施変形例のうちの単に制限された選択肢を表すに過ぎないことに留意されたい。従って、個別の実施形態の構成要素は好適な方法で相互に組み合わせることが可能であり、従って当業者にとっては、ここで明示された実施変形例をもって、多数の異なる実施形態が明示的に開示されているとみなされる。特に、本発明のいくつかの実施形態は、装置の請求項で記載され、本発明の他の実施形態は方法の請求項で記載されている。しかしながら、特に明記しない限り、発明の対象の１つの種類に属する特徴の組み合わせに加えて、発明の対象の異なる種類に属する特徴の任意の組み合わせも可能であることが、当業者には本出願の教示によって容易に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
以下では、本発明のさらなる説明とより良い理解のために、実施形態が添付の図面を参照して詳細に記載される。
【図１】本発明の例示的実施形態による通過式炉装置を模式的に示す図である。
【図２】図１に示された通過式炉装置の内部における、金属部材の温度経過を示す時間／温度ダイアグラムである。
【図３】図１に示された通過式炉装置の内部における経路ルートに沿った金属部材の温度経過を示す経路／温度ダイアグラムである。
【図４】本発明の例示的実施形態による通過式炉装置を通り抜ける間の金属部材の例示的温度経過を示す経路／温度ダイアグラムである。
【図５】本発明の例示的実施形態による通過式炉装置を通り抜ける間の金属部材の例示的温度経過を示す経路／温度ダイアグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
異なる図面の同一又は類似のコンポーネントは、同一の符号が付されている。図面の描写は模式的なものである。
【００４３】
図１は、金属部材１１０、特にアルミニウムストリップの熱処理のための通過式炉装置１００を示す。図２は、図１の通過式炉装置内での金属部材の温度経過を表す時間／温度ダイアグラムを示す。通過式炉装置１００は、溶体化焼鈍処理のために金属部材１１０を３５０℃〜７００℃の範囲の第１温度に加熱することができる第１加熱ユニット１０１と、金属部材１１０を３５０℃〜７００℃から７０℃〜２５０℃に冷却することができる冷却ユニット１０２と、金属部材１１０を１５０℃〜２９０℃に加熱することができる第２加熱ユニット１０３とを有する。第１加熱ユニット１０１、冷却ユニット１０２及び第２加熱ユニット１０３は、ともに共通の担体構造１０６を有し、その担体構造には、第１加熱ユニット１０１、冷却ユニット１０２及び第２加熱ユニット１０３が相互に固定されている。さらに、通過式炉装置１００は、共通の搬送路１０７を有し、搬送路は第１加熱ユニット１０１、冷却ユニット１０２及び第２加熱ユニット１０３を通って延在し、搬送路１０７は、金属部材１１０が、熱処理のために、搬送路１０７に沿って搬送方向１０９に、第１加熱ユニット１０１、冷却ユニット１０２及び第２加熱ユニット１０３を通って通り抜けられるように構成されている。
【００４４】
通過式炉装置１００は、連続的熱処理装置であって、ここでは金属部材１１０は搬送方向１０９に沿って、連続的に又は継続的に熱処理段階を経て案内される。その際、金属部材１１０は、例えばローラーに沿って、接触して保持されて搬送されても良いし、非接触で、浮揚状態で搬送されても良い。
【００４５】
金属部材１１０は特にアルミニウムストリップであり、通過式炉装置１００を通って連続的に搬送される。
【００４６】
冷間圧延アルミニウムストリップ１１０は、必要な冶金学的条件を達成するために、まず、第１加熱ユニット内のヒーターゾーンＩにおいて溶体化焼鈍処理される。アルミニウムストリップ１１０は、スプール内で冷間圧延装置から第１加熱ユニット１０１へ、例えば連続的焼鈍・溶体化熱処理炉へと移送される。
【００４７】
アルミニウムストリップ１１０の第１加熱ユニット１０１における加熱は、例えば、アルミニウムストリップ１１０上のいくつかのノズルボックスを介して上下から垂直方向に熱風を吹き付けることによって行われる。
【００４８】
アルミニウムストリップ１１０の焼鈍熱処理は、結果として生じる金属部材１１０内の微細粒状の組織構造を伴う冷間圧延状態の再結晶化及び回復をもたらす。溶体化処理では、焼鈍に加えて、主安定相も溶解し、金属部材１１０は溶解物質で濃縮される。
【００４９】
冷却ゾーンＩＩは、第１加熱ユニット１０１の直後に配置された冷却ユニット１０２内にあり、従ってアルミニウムストリップ１１０は、３５０℃〜７００℃の範囲の第１加熱ユニット１０１の相応の出口温度から、７０℃〜２５０℃に冷却されることができる。図２に示されている例示的な温度経過には、ヒーターゾーンＩにおいて、アルミニウムストリップ１１０はまず５５０℃に加熱され、その後冷却ゾーンＩＩにおいて７０℃に冷却される。
【００５０】
冷却ユニット１０２において、同様にノズルシステムが配置されることができ、これを介して、冷却流体、例えば空気若しくは水又は空気／水混合物を、アルミニウムストリップ１１０上に流れることができる。
【００５１】
アルミニウムストリップ１１０の強度は、冷却ユニット１０２の後に、第２の加熱ユニット１０３が設けられている加熱ゾーンＩＶで再加熱することによってさらに高められる。この場合、金属部材は、第１の冷却ユニット１０２で冷却された後、例えば保持領域ＩＩＩでの一定の保持時間後に、アルミニウムストリップ１１０が再び約２５０℃の温度を有するまで熱処理される。例えば１５秒〜３０秒の、第２加熱ユニット１０３における熱処理の短い期間に基づいて、温度・時間・プロファイルはピーク又は頂のように見える。従って、これは「スパイク」熱処理と呼ばれる。
【００５２】
通過式炉装置１００はさらに、７０℃〜１５０℃のアルミニウムストリップ１１０の温度を保持する保持ユニット１０４を保持ゾーンＩＩＩに有する。保持ユニット１０４は、冷却ユニット１０２と第２加熱ユニット１０３との間に配置されており、保持ユニット１０４は、担体構造１０６に接続されており、搬送路１０７は保持ユニット１０４を通って延在する。
【００５３】
例えば１５秒〜３分の、一定温度にあるこの保持期間中に、アルミニウムストリップ中のボイド及び溶融物質が凝集して核に成長し始める。
【００５４】
さらに、通過式炉装置１００は、さらなる冷却ユニット１０５を、さらなる冷却ゾーンＶ内に有し、そこでは金属部材は１５０℃〜２７０℃から７０℃〜１５０℃に冷却される。さらなる冷却ユニット１０５は搬送方向１０９において第２加熱ユニット１０３の後段に配置されており、さらなる冷却ユニット１０５は担体構造１０６に接続され、搬送路１０７はさらなる冷却ユニット１０５を通って延在する。さらなる冷却ユニット１０５の後で、アルミニウムストリップ１１０は引き続き処理されることができ、又は場合によっては、例えばさらなる保持ゾーンＶＩ及びさらなる加熱ゾーンＶＩＩ（図４及び５参照）のような、さらなる熱処理ステップが行われる。
【００５５】
第１加熱ユニット１０１、冷却ユニット１０２、保持ユニット１０４、第２加熱ユニット１０３及びさらなる冷却ユニット１０５は、共通の担体構造１０６に固定されている。担体構造１０６は、例えば担体梁からなり、例えば保護枠組を有する。
【００５６】
搬送路１０７は通過式炉装置１００の入口から通過式炉装置の終端まで通り抜けるように延在している。搬送路１０７は少なくとも一区画においてローラー１０８を有し、それに沿ってアルミニウムストリップ１１０は搬送方向に移動可能である。付加的に又は代替的に、搬送路１０７は少なくとも一区画において浮揚ノズルを有し、浮揚ノズルは流体、特に空気を、アルミニウムストリップ１１０の下面に対して流すように構成されており、従って、アルミニウムストリップ１１０は浮揚して搬送方向にその区画を通って搬送されることができる。
【００５７】
図３は、図１の通過式炉装置１００内部の経路ルートに沿った、金属部材１１０の温度経過を示す経路／温度ダイアグラムを示す。図３において示されるダイアグラムにおいて、第１加熱ユニット１０１の出口からの距離及び相応に関連する温度経過が示される。図示されたダイアグラムにおいては、７８ｍ／分の速度で通過式炉装置１００を搬送方向１０９に沿って通り抜ける、１ｍｍの厚さを有するアルミニウムストリップ１１０の温度経過が示されている。
【００５８】
図３には示されていない第１加熱ユニット１０１は、搬送方向１０９に沿って５０ｍ〜６５ｍの長さを有する。第１ヒーターゾーンＩの終端では、従ってアルミニウムストリップは約５５０℃の温度を有する。
【００５９】
第２冷却ゾーンＩＩは冷却ユニット１０２を用いてアルミニウムストリップ１１０を５５０℃から１５０℃に冷却する。冷却ユニット１０２は搬送方向１０９に沿って１２ｍの長さを有する。
【００６０】
保持ゾーンＩＩＩにおいては、保持ユニット１０４を用いてアルミニウムストリップ１１０の温度は、ほぼ一定に保たれるが、しかしながら、１５０℃から８０℃への緩やかな冷却が行われることもできる。保持ユニット１０４は搬送方向１０９に沿って約１４ｍの長さを有する。
【００６１】
加熱ゾーンＩＶにおいて、第２加熱ユニット１０３を用いて、アルミニウムストリップ１１０の温度は８０℃から１５０℃に温められることができる。第加熱ユニット１０３は搬送方向に沿って約１３ｍの長さを有する。
【００６２】
さらなる冷却ゾーンＶにおいて、さらなる冷却ユニット１０５を用いて、アルミニウムストリップ１１０の温度は２５０℃から約６０℃に冷却される。さらなる冷却ユニット１０５は搬送方向１０９に沿って約２０ｍの長さを有する。
【００６３】
図４及び図５は、本発明の例示的実施形態による通過式炉装置１００を通り抜ける間の金属部材１１０の例示的な温度経過を示す経路／温度ダイアグラムを示す。
【００６４】
図４の経路／温度ダイアグラムにおいて、本発明の通過式炉装置１００を６０ｍ／分の速度で通り抜ける、１．２ｍｍ厚のアルミニウムストリップの温度経過が示される。
【００６５】
第１ヒーターゾーンＩには、アルミニウムストリップ１１０を約５５０℃に加熱してこの温度を約１０秒維持する第１加熱ユニット１０１が設けられている。
【００６６】
続いて、冷却ゾーンＩＩが始まり、アルミニウムストリップ１１０の温度は第１段階では５５０℃から３００℃へ、第２段階では温度は３００℃から冷却ゾーンＩＩの出口において８０℃未満へと設定される。例えば、０．５ｍｍ〜１．２ｍｍの壁厚の場合には、５０℃毎秒を超える冷却速度が達成されることができ、１．３ｍｍ〜４．２ｍｍの壁の材料厚さの場合には、３０度毎秒を超える冷却速度が達成されることができる。
【００６７】
保持ゾーンＩＩＩにおいて、アルミニウムストリップ１１０の温度は約８０℃に維持される。
【００６８】
加熱ゾーンＩＶにおいて、アルミニウムストリップ１１０の温度は、第２加熱ユニット１０３を用いて、約２５０℃に設定される。
【００６９】
続いて、さらなる冷却ゾーンＶにおいて、アルミニウムストリップ１１０の温度は２５０℃から６０℃に冷却される。
その際、例えば５℃毎秒をこえる冷却速度を適用することができる。
【００７０】
さらなる冷却ゾーンＶにおけるアルミニウムストリップ１１０の冷却の後、アルミニウムストリップ１１０は約１５分間さらなる保持ゾーンＶＩにおいて６０℃の出口温度に維持される。
【００７１】
続いて、さらなる処理ステップが実行されることができる。例えば、さらなる加熱ゾーンＶＩＩにおいて、温度は５０℃と１００℃との間に設定され、アルミニウムストリップ１１０の圧延ステップが行われることができる。例えば、さらに、さらなる熱処理ステップにおいて、アルミニウムストリップ１１０に、色又はさらなる合金を焼き付けることができる。
【００７２】
図５の経路／温度ダイアグラムにおいて、６０ｍ／分の速度で本発明による通過式炉装置１００を通り抜ける、１．２ｍｍ厚のアルミニウムストリップの温度経過が示される。
【００７３】
第１ヒーターゾーンＩには、アルミニウムストリップ１１０を約５５０℃に加熱し、この温度を約１０秒間維持する第１加熱ユニット１０１が設けられている。
【００７４】
続いて、冷却ゾーンＩＩが始まり、アルミニウムストリップ１１０の温度は第１段階では５５０℃から３００℃へ、第２段階では温度は３００℃から冷却ゾーンＩＩの出口において約２２０℃未満へと設定される。例えば、０，５ｍｍ〜１．２ｍｍの壁厚の場合には、５０℃毎秒を越える冷却速度が達成されることができ、１．３ｍｍ〜４．２ｍｍの壁の材料厚さの場合には、３０℃毎秒を超える冷却速度が達成されることができる。
【００７５】
ヒーターゾーンＩＩＩ及び加熱ゾーンＩＶは、アルミニウムストリップ１１０をほぼ一定の温度に保持するか、又は加熱ゾーンＩＶの出口においてアルミニウムストリップ１１０の温度を約２５０℃に僅かに上昇させる。
【００７６】
続いてさらなる冷却ゾーンＶにおいて、アルミニウムストリップ１１０の温度は２５０℃から６０℃に冷却される。その際、例えば５℃毎秒を超える冷却速度が適用されることができる。
【００７７】
さらなる冷却ゾーンＶにおけるアルミニウムストリップ１１０の冷却の後、アルミニウムストリップは、例えば約１５分間さらなる保持ゾーンＶＩにおいて６０℃の出口温度に維持されることができる。
【００７８】
続いて、さらなる処理ステップが行われることができる。例えば、さらなる加熱ゾーンＶＩＩにおいて温度は５０℃と１００℃との間に設定されることができ、アルミニウムストリップ１１０の圧延プロセスは実行されることができる。例えば、さらに、さらなる熱処理ステップにおいて、アルミニウムストリップ１１０に、色又はさらなる合金が焼き付けられることができる。
【００７９】
さらに、「含む（"umfassend"）」は、他の要素又はステップを除外するものではなく、「１つ（"eine" oder "ein" ）」は複数を除外するものではないことに留意されたい。また、上述の例示的実施形態の１つに関連する構成要素又はステップは、他の上述の例示的実施形態の他の構成要素又はステップとの組み合わせにおいても適用されることができることに留意されたい。請求項の中の符号は限定的なものとみなされるべきではない。
【符号の説明】
【００８０】
１００  通過式炉装置
１０１  第１加熱ユニット
１０２  冷却ユニット
１０３  第２加熱ユニット
１０４  保持ユニット
１０５  さらなる冷却ユニット
１０６  担体構造
１０７  搬送路
１０８  ローラー
１０９  搬送方向
１１０  金属部材
Ｉ  ヒーターゾーン
ＩＩ  冷却ゾーン
ＩＩＩ  保持ゾーン
ＩＶ  加熱ゾーン
Ｖ  さらなる冷却ゾーン
ＶＩ  さらなるヒーターゾーン
ＶＩＩ  さらなる加熱ゾーン
【図１】
2019143239.tif 000003
【図２】
2019143239.tif 000004
【図３】
2019143239.tif 000005
【図４】
2019143239.tif 000006
【図５】
2019143239.tif 000007
【外国語明細書】
2019143239000001.pdf