DE10208963A1

DE10208963A1 - Vorrichtung zur Schmelztauchbeschichtung von Metallsträngen

Info

Publication number: DE10208963A1
Application number: DE10208963A
Authority: DE
Inventors: Hans Georg Hartung; Walter Trakowski
Original assignee: SMS Demag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2003-09-11
Also published as: RU2004128949A; PL371497A1; RS76004A; CN100350067C; WO2003072843A1; ES2253657T3; US20050120950A1; JP2005528520A; CN1639374A; ATE312953T1; KR20040089085A; CA2477275A1; AU2003205709A1; PL205282B1; BR0306500A; US7214272B2; DE50301921D1; UA79109C2; EP1478788B1; RU2299925C2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schmelztauchbeschichtung von Metallsträngen (1), insbesondere von Stahlband, in der der Metallstrang (1) zumindest abschnittsweise vertikal durch einen das geschmolzende Beschichtungsmetall (2) aufnehmenden Behälter (3) hindurchführbar ist und bei der der Metallstrang (1) durch mindestens eine gelagerte Rolle (4) geführt wird. Zur Erhöhung der Standzeit der Rollenlagerung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Rolle (4) oder zumindest deren Achse (5) die Seitenwände (6) des Behälters (3) durchtritt und außerhalb des Behälters (3) gelagert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schmelztauchbeschichtung von Metallsträngen, insbesondere von Stahlband, in der der Metallstrang zumindest abschnittsweise vertikal durch einen das geschmolzene Beschichtungsmetall aufnehmenden Behälter hindurchführbar ist und bei der der Metallstrang durch mindestens eine gelagerte Rolle geführt wird.

Übliche Metall-Tauchbeschichtungsanlagen für Metallbänder, wie sie beispielsweise in der EP 0 556 833 A1 beschrieben sind, weisen einen wartungsintensiven Teil auf, nämlich das Beschichtungsgefäß mit der darin befindlichen Ausrüstung. Die Oberflächen der zu beschichtenden Metallbänder müssen vor der Beschichtung von Oxidresten gereinigt und für die Verbindung mit dem Beschichtungsmetall aktiviert werden. Aus diesem Grunde werden die Bandoberflächen vor der Beschichtung in Wärmeprozessen in einer reduzierenden Atmosphäre behandelt. Da die Oxidschichten zuvor chemisch oder abrasiv entfernt werden, werden mit dem reduzierenden Wärmeprozess die Oberflächen so aktiviert, dass sie nach dem Wärmeprozess metallisch rein vorliegen.

Mit der Aktivierung der Bandoberfläche steigt aber die Affinität dieser Bandoberflächen für den umgebenden Luftsauerstoff. Um zu verhindern, dass Luftsauerstoff vor dem Beschichtungsprozess wieder an die Bandoberflächen gelangen kann, werden die Bänder in einem Tauchrüssel von oben in das Tauchbeschichtungsbad eingeführt. Da das Beschichtungsmetall in flüssiger Form vorliegt und man die Gravitation zusammen mit Abblasvorrichtungen zur Einstellung der Beschichtungsdicke nutzen möchte, die nachfolgenden Prozesse jedoch eine Bandberührung bis zur vollständigen Erstarrung des Beschichtungsmetalls verbieten, muss das Band im Beschichtungsgefäß in senkrechte Richtung umgelenkt werden. Das geschieht mit einer Rolle, die im flüssigen Metall läuft. Durch das flüssige Beschichtungsmetall unterliegt diese Rolle einem starken Verschleiß und ist Ursache von Stillständen und damit Ausfällen im Produktionsbetrieb.

Durch die gewünschten geringen Auflagedicken des Beschichtungsmetalls, die sich im Mikrometerbereich bewegen, werden hohe Anforderungen an die Qualität der Bandoberfläche gestellt. Das bedeutet, dass auch die Oberflächen der bandführenden Rollen von hoher Qualität sein müssen. Störungen an diesen Oberflächen führen im allgemeinen zu Schäden an der Bandoberfläche. Dies ist ein weiterer Grund für häufige Stillstände der Anlage.

Übliche Tauchbeschichtungsanlagen weisen zudem Grenzwerte in der Beschichtungsgeschwindigkeit auf. Es handelt sich dabei um die Grenzwerte beim Betrieb der Abstreifdüse, um die der Abkühlvorgänge des durchlaufenden Metallbandes und die des Wärmeprozesses zur Einstellung von Legierungsschichten im Beschichtungsmetall. Dadurch tritt der Fall auf, dass zum einen die Höchstgeschwindigkeit generell begrenzt ist und sich zum anderen bestimmte Metallbänder nicht mit der für die Anlage möglichen Höchstgeschwindigkeit fahren lassen.

Bei den Tauchbeschichtungsvorgängen finden Legierungsvorgänge für die Verbindung des Beschichtungsmetalls mit der Bandoberfläche statt. Die Eigenschaften und Dicken der sich dabei ausbildenden Legierungsschichten sind stark von der Temperatur im Beschichtungsgefäß abhängig. Aus diesem Grunde muss bei manchen Beschichtungsvorgängen das Beschichtungsmetall zwar flüssig gehalten werden, aber die Temperatur darf gleichwohl bestimmte Grenzwerte nicht überschreiten. Dies würde ansonsten dem gewünschten Effekt des Abstreifens des Beschichtungsmetalls zur Einstellung einer bestimmten Beschichtungsdicke entgegenlaufen, da mit fallender Temperatur die für den Abstreifvorgang erforderliche Viskosität des Beschichtungsmetalls ansteigt und damit den Abstreifvorgang erschwert.

Um die Probleme zu vermeiden, die im Zusammenhang mit den im flüssigen Beschichtungsmetall laufenden Rollen stehen, hat es Ansätze dazu gegeben, ein nach unten offenes Beschichtungsgefäß einzusetzen, das in seinem unteren Bereich einen Führungskanal zur vertikalen Banddurchführung nach oben aufweist und zur Abdichtung einen elektromagnetischen Verschluss einzusetzen. Es handelt sich hierbei um elektromagnetische Induktoren, die mit zurückdrängenden, pumpenden bzw. einschnürenden elektromagnetischen Wechsel- bzw. Wanderfeldern arbeiten, die das Beschichtungsgefäß nach unten abdichten.

Derartige Lösungen sind beispielsweise aus der EP 0 673 444 B1, der DE 195 35 854 A1, der DE 100 14 867 A1, der WO 96/03533 A1, der EP 0 854 940 B1 und der JP 5086446 bekannt.

Problematisch bleibt bei all diesen Lösungen, dass unter Umständen eine nur ungenügende Stabilisierung bzw. Führung des Metallstrangs im Beschichtungsbad vorliegt. Werden zur Beseitigung dieses Problems die beispielsweise aus der EP 0 556 833 A1 bekannten Rollen eingesetzt, tritt das Problem der geringen Standzeit der Rollenlagerung im aggressiven flüssigen Metallbad auf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Schmelztauchbeschichtung von Metallsträngen der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die genannten Nachteile überwunden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Rotte oder zumindest deren Achse die Seitenwände des Behälters durchtritt und außerhalb des Behälters gelagert ist. Bei den herausgeführten Achsen bzw. Rollen kann es sich um die Umlenkrollen und/oder die Stabilisierungsrollen bzw. alle im Tauchbad angeordneten Rollen handeln.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass im Bereich der Seitenwand des Behälters Dichtungsmittel zum Abdichten des Beschichtungsmaterials angeordnet sind; diese sind bevorzugt als elektromagnetischer Induktor ausgebildet.

Mit dieser Ausgestaltung wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass die Vorrichtung zur Tauchbadbeschichtung eines Metallstrangs eine optimale Stabilisierung und Führung des Metallstrangs im Beschichtungsbad gewährleistet, trotzdem jedoch eine exakte Lagerung der Führungs- bzw. Stabilisierungsrollen mit hoher Standzeit vorliegt, da die Lagerung nicht mehr dem aggressiven Tauchbad ausgesetzt ist.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der elektromagnetische Induktor nahe am Beschichtungsmetall angeordnet ist. Damit kann sein Magnetfeld eine größtmögliche Dichtwirkung erzielen. Als elektromagnetischer Induktor kann sowohl ein Wanderfeld-Induktor als auch ein Sperrfeld-Induktor zum Einsatz kommen.

Die Dichtwirkung des Induktors, mit der das Beschichtungsmetall im Tauchbehälter zurückgehalten wird, kann dadurch optimiert werden, dass der im Bereich der Seitenwand des Behälters angeordnete Abschnitt der Rolle bzw. der Rollenachse einen stufenartigen Absatz aufweist. Dieser ist bevorzugt als Ausrundung ausgebildet. Ferner ist mit Vorteil der an den Absatz der Rolle bzw. der Rollenachse angrenzende Abschnitt des Induktors geometrisch komplementär zu diesem Absatz ausgebildet. Weiterhin kann zur Erzielung eines größtmöglichen Sperrfeldes im Bereich des angrenzenden Abschnitts des Induktors eine elektromagnetische Spule angeordnet werden.

Eine optimale Führung und Stabilisierung des Metallstrangs ergibt sich, wenn der Strang beidseitig durch je eine Rolle, insgesamt also durch zwei Rollen geführt wird. Die Rollen bestehen dabei bevorzugt aus keramischem Material bzw. sie sind mit solchem Material beschichtet. Zur Erreichung einer hohen Qualität des Beschichtungsvorgangs im Bad sollten die Rollen weiterhin mit einem Drehantrieb in Verbindung stehen; sie sind dann also angetrieben.

Besonders bevorzugt kommt das Erfindungskonzept dann zur Anwendung, wenn der Metallstrang vertikal durch den Behälter und durch einen vorgeschalteten Führungskanal hindurchführbar ist, wobei im Bereich des Führungskanals mindestens ein weiterer elektromagnetischer Induktor angeordnet ist, der das Beschichtungsmetall davon abhält, nach unten aus dem Behälter auszufließen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch ein Schmelztauch-Beschichtungsgefäß mit einem durch dieses hindurch geführten Metallstrang in der Vorderansicht,
Fig. 2 die zu Fig. 1 zugehörige Seitenansicht,
Fig. 3 eine erste Ausführungsform der Dichtungsmittel zwischen Rolle und Behälterwand und
Fig. 4 eine zu Fig. 3 alternative Ausführungsform.
In den Fig. 1 und 2 ist das Prinzip der Schmelztauch-Beschichtung eines Metallstrangs 1, insbesondere eines Stahlbandes, gezeigt. Der zu beschichtende Metallstrang 1 tritt im Ausführungsbeispiel vertikal von unten in einen Führungskanal 12 der Beschichtungsanlage ein. Der Führungskanal 12 bildet das untere Ende eines Behälters 3, der mit flüssigem Beschichtungsmetall 2 gefüllt ist. Der Metallstrang 1 wird in Bewegungsrichtung X vertikal nach oben geführt. Damit das flüssige Beschichtungsmetall 2 nicht aus dem Behälter 3 auslaufen kann, ist im Bereich des Führungskanals 12 ein elektromagnetischer Induktor 13 angeordnet. Dieser besteht aus zwei Hälften, von denen jeweils eine seitlich des Metallstrangs 1 angeordnet ist. Im elektromagnetischen Induktor 13 wird ein elektromagnetisches Wanderfeld oder Sperrfeld erzeugt, das das flüssige Beschichtungsmetall 2 im Behälter 3 zurückhält und so am Auslaufen hindert.
Zur guten Führung und Stabilisierung des Metallstrangs 1 sind im Behälter 3 des Beschichtungsmetalls 2 zwei Rollen 4 angeordnet, die oberhalb des Induktors 13 positioniert sind, also im flüssigen Beschichtungsmetall 2 laufen.
Wie Fig. 2 entnommen werden kann, durchsetzen die Rollen 4 die Seitenwände 6 des Behälters 3 beidseitig. An ihren beiden axialen Enden gehen die Rollen 4 in Achsabschnitte 5 (Rollenachse) über, die in Lagern 14 (Wälzlagern) gelagert sind. Da die Lagerung außerhalb des Behälters 3, also außerhalb des Beschichtungsmetalls 2 erfolgt, kann sie sehr exakt und mit geringem Spiel erfolgen; ferner hat die Lagerung eine hohe Standzeit.
Es sei angemerkt, dass natürlich das Konzept der Rollenanordnung und -lagerung genauso benutzt werden kann, wenn eine Umlenkung des Metallstrangs im Behälter 3 erfolgt, somit z. B. eine Ausgestaltung gemäß der EP 0 556 833 A1 beabsichtigt wird.
Aufgrund der genauen spielarmen Lagerung der Rollen 4 in Lagern 14 außerhalb des Behälters 3 ist es möglich, die Differenz zwischen dem Durchmesser der Durchtrittsbohrung in der Behälterwand 6 und dem Durchmesser der Rolle 4 gering zu halten. Damit kann - im einfachsten Fall - bei entsprechend gering gehaltenem Spalt der Rollendurchführung ohne weitere Maßnahme das durch den Spalt ausfließende Beschichtungsmetall 2 in einem Auffangbehälter aufgenommen werden, so dass es gar keiner weiteren apparativen Voraussetzung bedarf, um das Beschichtungsverfahren durchzuführen. Es wäre dann lediglich zu beachten, dass der Bereich des ausfließenden Metalls unter Schutzgas gehalten wird, um Oxidation und die Bildung von unerwünschten Verunreinigungen des Beschichtungsmetalls zu vermeiden.
Bevorzugt wird jedoch so vorgegangen, wie es in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist:
In diesen Figuren ist zu sehen, dass im Bereich der Seitenwand 6 des Behälters 3 ein elektromagnetischer Induktor 7 mit einer oder mehreren elektromagnetischen Spulen 11 angeordnet ist. Der Induktor 7 erzeugt ein das Beschichtungsmetall 2 im Behälter 3 zurückhaltendes elektromagnetisches Feld, wobei sowohl ein Wanderfeld als auch ein Sperrfeld zum Einsatz kommen kann. Der Induktor 7 wirkt als Dichtungsanordnung.
Bei der Lösung gemäß Fig. 3 kommt ein elektromagnetisches Wanderfeld zum Einsatz. Da der Durchtrittsspalt zwischen Seitenwand 6 und Rolle 4 durch die präzise Lagerung der Rolle 4 eng gehalten werden kann, kann die Feldstärke des Induktors 7 zur Abdichtung deutlich geringer sein, als es bei der Durchführung des Bandes durch den Boden des Behälters 3 (s. Induktor 13 in Fig. 1 und 2) erforderlich ist. Die Bauhöhe des Induktors 7 läßt sich damit verringern. Der Pumpeffekt des Wanderfeldes erzeugt eine Strömung im Durchführungsbereich der Rolle 4 durch die Seitenwand 6, die einem Erstarren des Beschichtungsmetalls 2 im Durchtrittsbereich der Rolle 4 durch die Seitenwand 6 entgegenwirkt. Des weiteren ist - wie es Fig. 3 entnommen werden kann - der Induktor 7 im Behälter 3 nahe an das Beschichtungsmetall 2 herangesetzt.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 kommt zur magneto-hydrodynamischen Abdichtung ein einschnürendes elektromagnetisches Sperrfeld zum Einsatz. Die sperrende Kraftwirkung des Magnetfeldes wird dann voll wirksam, wenn die Feldlinien des Induktionsfeldes, das von der elektromagnetischen Spule 11 erzeugt wird, senkrecht zur Abfließrichtung des Beschichtungsmetalls 2 liegen.
Daher ist hier für die Rolle 4 im Bereich ihres Abschnitts 8 eine besondere Form vorgesehen: Die keramische Beschichtung der Rolle 4 weist im Ausführungsbeispiel einen Absatz 9 in Form einer Ausrundung auf; der Induktor 7 hat in seinem hieran angrenzenden Abschnitt 10 eine angepasste, d. h. komplementäre Geometrie. In diesem Abschnitt 10 des Induktors 7 ist eine elektromagnetische Spule 11 angeordnet. Dadurch verlaufen die Feldlinien im Spalt zwischen Rolle 4 und Seitenwand 6 senkrecht zur Abfließrichtung des Beschichtungsmetalls 2 (s. Pfeile 15).
Es sei abschließend noch angemerkt, dass das vorgeschlagene Konzept der Anordnung einer Rolle in einem Beschichtungsbad nicht nur für Stabilisierungsrollen, sondern auch für Tauchrollen (z. B. zur Umlenkung des Metallstrangs) zur Anwendung kommen kann. Bezugszeichenliste 1 Metallstrang
2 Beschichtungsmetall
3 Behälter
4 Führungsrolle
5 Rollenachse
6 Seitenwand des Behälters 3
7 Dichtungsmittel (Induktor)
8 Abschnitt der Führungsrolle 4
9 Absatz der Führungsrolle 4
10 Abschnitt des Induktors 7
11 elektromagnetische Spule des Induktors 7
12 Führungskanal
13 Induktor
14 Wälzlager
15 senkrechte Richtung zur Abfließrichtung
X Bewegungsrichtung

Claims

1. Vorrichtung zur Schmelztauchbeschichtung von Metallsträngen (1), insbesondere von Stahlband, in der der Metallstrang (1) zumindest abschnittsweise vertikal durch einen das geschmolzene Beschichtungsmetall (2) aufnehmenden Behälter (3) hindurchführbar ist und bei der der Metallstrang (1) durch mindestens eine gelagerte Rolle (4) geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolle (4) oder zumindest deren Achse (5) die Seitenwände (6) des Behälters (3) durchtritt und außerhalb des Behälters (3) gelagert ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Seitenwand (6) des Behälters (3) Dichtungsmittel (7) zum Abdichten des Beschichtungsmaterials (2) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsmittel (7) mindestens einen elektromagnetischen Induktor umfassen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromagnetische Induktor (7) nahe am Beschichtungsmetall (2) angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromagnetische Induktor (7) ein Wanderfeld-Induktor ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromagnetische Induktor (7) ein Sperrfeld-Induktor ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der im Bereich der Seitenwand (6) des Behälters (3) angeordnete Abschnitt (8) der Rolle (4) oder der Rollenachse (5) einen stufenartigen Absatz (9) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Absatz (9) als Ausrundung ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der an den Absatz (9) der Rolle (4) oder der Rollenachse (5) angrenzende Abschnitt (10) des Induktors (7) geometrisch komplementär zum Absatz (9) ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des angrenzenden Abschnitts (10) des Induktors (7), insbesondere des Sperrfeld-Induktors, mindestens eine elektromagnetische Spule (11) angeordnet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Rolle (4) aus keramischem Material besteht oder zumindest mit solchem Material beschichtet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallstrang (1) vertikal durch den Behälter (3) und durch einen vorgeschalteten Führungskanal (12) hindurchführbar ist, wobei im Bereich des Führungskanals (12) mindestens ein weiterer elektromagnetischer Induktor (13) angeordnet ist.