DE10148158A1

DE10148158A1 - Verfahren zur Schmelztauchveredelung mit umgekehrtem Bandlauf

Info

Publication number: DE10148158A1
Application number: DE10148158A
Authority: DE
Inventors: Rolf Brisberger; Walter Trakowski
Original assignee: SMS Demag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2003-04-17
Also published as: MXPA04002746A; ATE327352T1; US20050048216A1; YU25704A; BR0212938A; RU2004113102A; RU2300577C2; PL367442A1; KR20040045011A; EP1430162B1; CA2461912A1; UA78722C2; DE50206923D1; EP1430162A1; ES2264738T3; WO2003029507A1; ZA200401565B; JP2005504177A; CN1295373C; HUP0401759A2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beschichten der Oberfläche von insbesondere bandförmigem Gut, beispielsweise eines NE-Metallbandes oder eines Stahlbandes, mit wenigstens einem metallischen Überzug durch mindestens ein das schmelzflüssige Überzugsmaterial aufnehmende Behältnis. Im Gegensatz zu bisher bekannten Beschichtungsverfahren durchläuft gemäß der vorliegenden Erfindung das zu beschichtende metallische Band das Schmelzbad des Überzugsmaterials im Behältnis von oben nach unten. Hierzu sind geeignete Führungsmittel vorgesehen zum Führen des Metallbandes von oben nach unten durch das Schmelzbad des Behältnisses.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten der Oberfläche von insbesondere bandförmigem Gut, beispielsweise eines NE-Metallbandes oder eines Stahlbandes mit wenigstens einem metallischen Überzug durch mindestens ein das schmelzflüssige Überzugsmaterial aufnehmendes Behältnis. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die konventionelle Feuerbeschichtung von Band (Verfahren 1 genannt) mit Zn-, Zn-Al-, Al- oder Al-Si-Legierungen ist im Beschichtungsbereich dadurch beschrieben, daß das Band aus einem Glühofen unter Luftabschluß in die Schmelze einläuft und mittels unterschiedlicher Anordnung von nicht angetriebenen Rollen in die Vertikale umgelenkt und stabilisiert wird, vgl. Bild 1. Dieses gilt für alle aufgeführten Beschichtungsmetalle/-legierungen bei der Schmelztauchveredelung.
Beim Verfahren 1 ist von Nachteil, daß sich Rollen und Lager der Rollen innerhalb der Schmelze befinden und alle Werkstoffe dem chemischen Angriff der Schmelze ausgesetzt sind. Die Lebensdauer aller Einbauten innerhalb der Schmelze ist eingeschränkt. Weiterhin ist ein großes Schmelzvolumen mit entsprechend großem Schmelzgefäß erforderlich, um die Rollen bzw. das gesamte Badequipment aufzunehmen. Üblich sind bei der Feuerverzinkung 200-400 t an flüssigem Zink. Eine schnelle Regelung der Schmelze hinsichtlich Temperatur und Legierungszusammensetzung ist aufgrund des großen Volumens nicht möglich. Größere Schwankungen o. g. Parameter müssen in Kauf genommen werden und führen unter Umständen zu qualitativen Einbußen, da legierungstechnische Maßnahmen und die Bandqualität im selben Gefäß dicht beieinander erfolgen.
Ein weiterer Nachteil ist, daß die Anlagengeschwindigkeit insbesondere bei dünnen Bändern < 0,5 mm zur Erzielung einer wirtschaftlichen Anlagenleistung (ca. 180 m/min) nicht erhöht werden kann. Ein Grund ist, daß es zur Relativbewegung zwischen den im Bad befindlichen Rollen und dem Band kommt. Werden zum Vermeiden dieses Problems die Züge erhöht, besteht die Gefahr eines Bandrisses. Die Folge ist eine Produktion von Schrott und von längeren Anlagenstillständen.
Eine weitere Einschränkung für die maximale Bandgeschwindigkeit einer Feuerverzinkungsanlage ist durch das oberhalb der Zinkschmelze angeordnete Düsenabstreifsystem gegeben, vgl. Bild 1. Mittels Luft oder Stickstoff wird die Schichtdicke eingestellt, wobei mit zunehmender Bandgeschwindigkeit die minimal darstellbare Überzugsdicke ansteigt. D. h., dünne Auflagen sind bei hohen Bandgeschwindigkeiten nicht zu erzeugen. Aber gerade dünne Auflagen (< 25 g/m², einseitig bei feuerverzinktem Feinblech) sind für bestimmte anspruchsvolle Anwendungen gefragt.
Als weiterentwickeltes Verfahren zur Schmelztauchveredelung von ferritischem Stahlband aus weichen unlegierten Stählen ist die sogenannte vertikale Feuerverzinkung bekannt und in verschiedenen Patenten wie EP 0630421 B1 und EP 0630420 B1 und EP 0673444 B1 beschrieben, vgl. Bild 2.
Bei diesem Verfahren (Verfahren 2 genannt) durchläuft das Band ein mit schmelzflüssigem Metall aus Zink- und/oder Al-Legierungen gefülltes Arbeitsgefäß von unten nach oben, wobei das Band vorher eine Temperaturbehandlung erfahren hat und der Einlauf des Bandes in die Schmelze unter Luftabschluß erfolgt. Das Schmelzvolumen ist im Vergleich zum Verfahren 1 mit ca. 2-5 t flüssigem Zink wesentlich geringer. Auch gibt es die o. g. qualitativen Probleme nicht, da die legierungstechnischen Maßnahmen in einem neben der Linie befindlichen Vorhaltegefäß geschehen und die Bandqualität im Arbeitsgefäß davon separat erzeugt wird.
Die Verbindung zwischen dem Arbeitsgefäß und der darunter befindlichen Ofenkammer erfolgt durch einen gasdichten Keramikkanal, der ca. 800 mm hoch ist und für das Band eine Durchgangsbreite von nur max. 20 mm hat. Die Abdichtung des Arbeitsgefäßes nach unten und das Vermeiden des Herunterlaufens von Schmelze in den Ofenraum erfolgt innerhalb dieses Kanals. Dieses geschieht mittels zweier seitlich am Kanal bzw. Band angeordneter Induktoren. Diese Induktoren erzeugen ein elektromagnetisches Wanderfeld, das eine nach oben gerichtete Kraft erzeugt, die die Schmelze am Herunterlaufen hindert, Dieses induktive System arbeitet wie eine Pumpe, so daß auch der Austausch der Schmelze im Kanal gewährleistet ist.
Das Verfahren 2 zeichnet sich dadurch aus, daß zumindest im Beschichtungsbereich bis zum Schmelzbad wesentlich höhere Bandgeschwindigkeiten im Bereich von 300 m/min auch bei dünnem Stahlband problemlos darstellbar sein dürften, da keine Rollen im Beschichtungsgefäß vorhanden sind.
Nachdem das Band die Beschichtungseinheit mit einer Temperatur beispielsweise bei der Feuerverzinkung von ca. 460°C von unten nach oben durchlaufen hat, erfolgt vergleichbar zum Verfahren 1 kurz oberhalb des Schmelzbades das Einstellen der gewünschten Dicke der metallischen Veredelungsschicht nach dem Düsenabstreifverfahren. Dieses geschieht vergleichbar zum Verfahren 1 mittels Aufblasen von Pressluft oder Stickstoff.
Das Düsenabstreifverfahren wird vergleichbar mit dem Verfahren 1 auch beim Verfahren 2 im Falle von dünnen Überzügen die maximal mögliche Bandgeschwindigkeit beschränken. Allerdings bietet das Verfahren 2 größere Freiheitsgrade für die ebenfalls auf die Schichtdicke wirkenden Verzinkungsparameter Temperatur, Viskosität der Schmelze und Legierungszusammensetzung. Es ist aus diesem Grund zu erwarten, daß die Bandgeschwindigkeit beim Verfahren 2 bei gleicher Schichtdicke im Vergleich zum Verfahren 1 höher gewählt werden kann. Im Vergleich zum Verfahren 1 ist das Verfahren 2 großtechnisch noch nicht getestet worden, sondern es haben bisher nur Versuche mit Pilotanlagen mit schmalem Band stattgefunden. Diese waren erfolgreich.
Weiterhin dürfte der Geschwindigkeitserhöhung die Tatsache entgegenstehen, daß das Band nachfolgend im Aufwärtsstrang vor der ersten Umlenkung unter 300°C abgekühlt werden muß. Liegt die Temperatur höher, besteht die Gefahr, daß metallische Partikel an der ersten Kontakt- bzw. Umlenkrolle im Kühlturm aufwachsen und irreparable Oberflächenfehler am Material erzeugen.
Das Abkühlen erfolgt üblicherweise mit Hilfe von mehreren hintereinander angeordneten Luftkühlstrecken. Die Kühlwirkung und genauer die Kühlrate ist aber mediumbedingt beschränkt und kann unter Verwendung des Kühlmediums Luft auf einer festgelegten Strecke (z. B. 2 mal 15 m) nicht beliebig gesteigert werden. Mit zunehmender Bandgeschwindigkeit bzw. mit zunehmendem Massendurchsatz müssen die Kühlstrecken verlängert werden. Das zieht aber die Erhöhung der oberen Umlenkrolle im Kühlturm einer Schmelztauchveredelungsanlage nach sich.
Bei Anlagen nach dem Verfahren 1 liegt die Höhe der oberen Umlenkrolle üblicherweise zwischen 30-60 m. Für das Verfahren 2 müßten bei hohen Bandgeschwindigkeiten die Kühlstrecken entsprechend weiter verlängert und damit die Kühlturmhöhe möglicherweise in Richtung 80-90 m gesteigert werden. Dieses zieht höhere Investitionskosten für Gebäude und Fundamente nach sich.
Auch verlängert sich die freilaufende, unstabilisierte Bandstrecke im Turm und es verschlechtert sich der Bandlauf. Schwingungen können auftreten und die Produktqualität negativ beeinflussen. Die Verwendung anderer Kühlmedien im Aufwärtsstrang ist problematisch und großtechnisch bisher nicht gelöst.
Ein weiteres Problem bei der elektromagnetischen Abdichtung nach Verfahren 2 ist, dass die Kräfte, die auf die flüssige Schmelze wirken, insbesondere auch auf das ferritische Band wirken. Ein Kontakt des Bandes mit dem Kanal ist durch die anziehenden Kräfte der abdichtenden Induktoren nur durch zusätzliche aufwendige Maßnahmen möglich. Zusätzliche Stabilisierungsspulen und aufwendige Regelungstechnik sind dazu erforderlich.
Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, die oben genannten Nachteile der Verfahren 1 und 2 zu vermeiden und eine Hochgeschwindigkeits-Schmelztauchveredlungsanlage ohne Kühlturm zu schaffen, die den geringst möglichen bautechnischem Aufwand mit optimalen Investitionskosten und hoher Anlagenleistung und bester Produktqualität bietet.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der im Oberbegriff von Anspruch 1 beschriebenen Art gelöst, indem das zu beschichtende Band das Schmelzbad des Überzugsmaterials im Behältnis von oben nach unten durchläuft.
Ausgestaltungen des Verfahrens sind in weiteren Unteransprüchen beschrieben. Eine Vorrichtung und deren Ausgestaltung zur Durchführung des Verfahrens ist Gegenstand weiterer Ansprüche.
Die Erfindung wird anhand einiger schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigen:
Bild 1 ein herkömmliches Beschichtungsverfahren von Band
Bild 2 ein weiterentwickeltes Beschichtungsverfahren gemäß dem Stand der Technik
Bild 3 das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren sowie eine entsprechend gestaltete Hochgeschwindigkeits-Schmelztauchveredelungsanlage in Betrieb
Bild 4 die Anlage nach Bild 3 in den Anfahrsituationen
Bild 5 die Anlage nach Bild 3 im Stillstand nach Betrieb
Das Band läuft nach einer Umlenkung im Ofen unter Luftabschluß senkrecht nach unten in das Schmelzbad. Dieses Schmelzbad wird vergleichbar zum Verfahren 2 nach unten hin abgedichtet. Dafür sind Kräfte erforderlich, die aber nicht elektromagnetischer Art sind, sondern mit Hilfe von umlaufenden Permanentmagneten erzeugt werden. Das Abdichten der Schmelze mit umlaufenden Permanentmagneten ist an sich bekannt. Aber dort wurde mit rechteckigen Kanälen gearbeitet. Diese Kanalform kann in Abstand und Form nicht verändert werden. Demgegenüber schlägt die vorliegende Erfindung zwei nebeneinander liegende Rotoren vor. Die Rotoren sind Rohre aus temperatur- und schmelzebeständigem Materialien, vorzugsweise aus Keramik. Innerhalb dieser Rohre, deren Durchmesser frei gewählt werden kann, rotieren Rollen, auf deren Mantelfläche Permanentmagnete angeordnet sind. Die Rollen können zur Schmelze bzw. zum Band angestellt worden. Auch ist es möglich den Kanal beim Anlagenstillstand oder beim Anfahren der Anlage zu schließen.
Permanentmagnete sind wesentlich kostengünstiger als die elektromagnetische Variante des Verfahrens 2 und es wird wesentlich weniger Energie für die Rotation benötigt als für eine elektromagnetische Abdichtung, was besonders bei Stromausfall von Vorteil ist.
Mit Permanentmagneten sind weiterhin wesentlich höhere Feldstärken (Faktor 3) gegenüber der elektromagnetischen Arbeitsweise darstellbar. Diese hohen Feldstärken bzw. die daraus resultierenden höheren Kräfte werden für den Abstreifprozeß zur Einstellung der gewünschten Beschichtungsdicke auf dem Stahlband benötigt. Dieses muß bei den Verfahren 1 und 2 mittels zusätzlicher Abstreifdüsen erfolgen.
Zusätzliche Maßnahmen innerhalb der magnetischen Abdichtung und Abstreifung müssen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht mehr erfolgen, da der Bereich des engsten Durchgangs des Bandes durch die Abdichteinheit nur noch wenige Millimeter beträgt. Weiterhin kann das Band wesentlich kürzer als bei den Verfahren 1 und 2 eingespannt werden, da direkt unterhalb der Abdichteinheit das Band in einem Wasserbad sofort abgekühlt und umgelenkt werden kann, Die Abspannlänge bei der vorliegenden Erfindung liegt vorzugsweise bei nur ca. 5000 mm, bei dem Verfahren 1 liegt diese ca. 8-10 mal höher und beim Verfahren 2 noch höher.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, daß sich die Oberfläche des schmelzfüssigen Metalls vorzugsweise der Zinkschmelze im Beschichtungsbereich innerhalb einer Schutzgasatmosphäre vorzugsweise bestehend aus einem Stickstoff-/Wasserstoffgemisch befindet und eine störende Oxidation des flüssigen Zinks nicht stattfinden kann. Bei den Verfahren 1 und 2 kann dieses nur mit zusätzlichem enormen Aufwand durchgeführt werden. Weiterhin ist es bei diesen Verfahren erforderlich, daß die Zinkbadoberfläche für bestimmte manuelle Arbeiten zugänglich sein muß. Bei der vorliegenden Erfindung ist ein Zugang zur Schmelzbadoberfläche zum Zwecke des Entfernens von oxydischen Partikel nicht erforderlich.

Claims

1. Verfahren zum Beschichten der Oberfläche von insbesondere bandförmigem Gut, beispielsweise eines NE-Metallbandes oder eines Stahlbandes mit wenigstens einem metallischen Überzug durch mindestens ein das schmelzflüssige Überzugsmaterial aufnehmende Behältnis, dadurch gekennzeichnet, daß das zu beschichtende metallische Band das Schmelzbad des Überzugsmaterials im Behältnis von oben nach unten durchläuft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzbad im Behältnis nach unten mittels umlaufender Permanentmagnete abgedichtet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der umlaufenden Permanentmagnete zugleich die Einstellung der gewünschten Beschichtungsdicke auf dem metallischen Band vorgenommen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das schmelzflüssige Überzugsmaterial aus einem Vorlagebehälter in den Zwickel zweier gegenläufig drehender Rotoren eingeführt wird, wobei das metallische Band von oben nach unten durch das Schmelzbad und zwischen den beabstandeten Rotoren hindurch geführt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Band nach einer Umlenkung im Vorwärmofen unter Luftabschluß, vorzugsweise in einer Schutzgasatmosphäre, senkrecht nach unten durch das Schmelzbad hindurch geführt wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß möglichst direkt unterhalb der Abdichtung des Behältnisses bzw. unterhalb der Rotoren das beschichtete Band luftstabilisiert und/oder wassergekühlt wird.

7. Vorrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend wenigstens ein Behältnis zur Aufnahme eines schmelzflüssigen Überzugsmaterials für metallisches, bandförmiges Gut, gekennzeichnet durch Führungsmittel zum Führen des Metallbandes von oben nach unten durch das Schmelzbad des Behältnisses.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur unteren Abdichtung des Behältnisses zwei gegenläufige, ggfs. zueinander anstellbare Rotoren vorgesehen sind, wobei innerhalb der Rotoren drehbare Rollen angeordnet sind, auf deren Mantelfläche Permanentmagnete befestigt sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das das Schmelzbad aufnehmende Behältnis durch den oberen mittigen Raum zwischen den Rotoren gebildet wird.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Rotoren unter Aufrechterhaltung einer Schutzgasatmosphäre von einem Gehäuse umgeben sind.

11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Rotorengehäuse mit einer oberen Kammer zwecks Zuführung des metallischen Bandes von oben zum Rotorengehäuse sowie mit einem Vorlagebehälter für Schmelze und mit unterhalb des Rotorengehäuses angeordneten Einrichtungen beispielsweise zur Luftstabilisierung und Wasserkühlung des Bandes und ggfs. mit einem weiteren Wasserbad in Verbindung steht.