DE10216867A1

DE10216867A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten der Oberfläche von strangförmigem metallischen Gut

Info

Publication number: DE10216867A1
Application number: DE10216867A
Authority: DE
Inventors: Rolf Buenten; Walter Trakowski
Original assignee: SMS Demag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 2002-04-17
Filing date: 2002-04-17
Publication date: 2003-11-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten der Oberfläche von strangförmigem metallischen Gut (1), insbesondere Band oder Draht, durch Aufbringen eines metallischen Überzugsmaterials (2), bei dem das zu beschichtende Gut (1) kontinuierlich einen unterhalb eines mit schmelzflüssigem Überzugsmaterial (2) gefüllten Tauchbades (3) angeordneten Durchführungskanal (4a, 4b) und das Tauchbad (3) vertikal nach oben durchläuft. Zur Vereinfachung der Konstruktion der Beschichtungsvorrichtung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass auf die Oberfläche des Guts (1) im Bereich des Durchführungskanals (4a, 4b) mit einer Düse (5a, 5b) schmelzflüssiges Überzugsmaterial (2) aufgespritzt wird, wobei der von der Düse (5a, 5b) auf das Gut (1) gerichtete Strahl (6a, 6b) des Überzugsmaterials (2) gegenüber der Horizontalen (H) nach oben gerichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten der Oberfläche von strangförmigem metallischen Gut, insbesondere Band oder Draht, durch Aufbringen eines metallischen Überzugsmaterials, bei dem das zu beschichtende Gut kontinuierlich einen unterhalb eines mit schmelzflüssigem Überzugsmaterial gefüllten Tauchbades angeordneten Durchführungskanal und das Tauchbad vertikal nach oben durchläuft. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Oberflächenbeschichten.

Aus der EP 0 630 421 B1 ist ein Verfahren der gattungsgemäßen Art bekannt. Dort wird ein Stahlband mit einem metallischen Überzug versehen. Hierzu wird das Stahlband vertikal von unten einer Beschichtungsvorrichtung zugeführt. Diese weist einen Beschichtungsbehälter (Tauchbad) auf, der mit schmelzflüssigem Überzugsmaterial gefüllt ist. Das Metallband wird durch den Beschichtungsbehälter senkrecht nach oben durchgeführt, wobei sich Überzugsmaterial an der Oberfläche des Metallbandes ablagert.

Damit das flüssige Überzugsmaterial im Tauchbad nicht durch den notwendigerweise erforderlichen Eintrittsspalt für das Stahlband im unteren Bereich des Tauchbades infolge des metallostatischen Drucks austritt, ist eine elektromagnetische Verschlusseinrichtung an der Eintrittsstelle des Metallbandes in das Tauchbad vorgesehen. Mit dieser wird das flüssige Überzugsmaterial zurückgehalten.

Eine derartige Beschichtungsvorrichtung ist auch das der EP 0 630 420 B1 und aus der EP 0 673 444 B1 bekannt. Auch hier werden elektromagnetische Verschlusseinrichtungen eingesetzt, um das metallische Überzugsmaterial im Tauchbehälter zurückzuhalten und zu vermeiden, dass dieses nach unten ausläuft. In der Lösung gemäß der EP 0 630 420 B1 werden zwecks mehrlagiger Beschichtung mehrere Tauchbehälter in vertikaler Richtung übereinander angeordnet, wobei dann jeder seine elektromagnetische Verschlussvorrichtung aufweist.

Die bekannten Beschichtungsvorrichtungen haben den Nachteil, dass ein hoher apparativer Aufwand getrieben werden muss, um das Auslaufen des Tauchbehälters, in dem sich das flüssige Überzugsmaterial befindet, durch den Durchführungskanal zu verhindern. Es sind aufwendige und damit teure elektromagnetische Verschlussvorrichtungen erforderlich, die die Kosten für die Oberflächenbeschichtungsanlage entsprechend in die Höhe treiben.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Oberflächenbeschichtungsverfahren der eingangs genannten Art sowie eine zugehörige Beschichtungsvorrichtung zu schaffen, mit dem bzw. mit der es möglich ist, den bestehenden Nachteil zu verringern.

Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist verfahrensgemäß dadurch gekennzeichnet, dass auf die Oberfläche des Guts im Bereich des Durchführungskanals mit einer Düse schmelzflüssiges Überzugsmaterial aufgespritzt wird, wobei der von der Düse auf das Gut gerichtete Strahl des Überzugsmaterials gegenüber der Horizontalen nach oben gerichtet ist.

Mit dieser Vorgehensweise ist es möglich, einen hydrodynamischen Verschluss am unteren Ende des Tauchbehälters im Bereich des Durchführungskanals zu schaffen, der ohne elektromagnetische Verschlussvorrichtung auskommt, trotzdem aber zuverlässig den Austritt flüssigen Überzugsmaterials verhindert. Hierzu wird der Effekt genutzt, dass das schräg nach oben auf das zu beschichtende Gut aufgespritzte Überzugsmaterial einen solchen nach oben gerichteten Impuls auf die Durchtrittsstelle des Durchführungskanals im Bodenbereich des Tauchbades ausübt, dass zusammen mit der Förderbewegung des Guts nach oben das von oben her infolge des metallostatischen Drucks nach unten drängende Metall aufgehalten wird.

In vorteilhafter Weise ist mit der Lösung gemäß der Erfindung ein Betrieb einer Oberflächenbeschichtungsvorrichtung möglich, in der mit einem normalen kleinen Tauchbad gearbeitet werden kann, wobei der metallostatische Druck ohne Einsatz einer elektromagnetischen Verschlussvorrichtung abgefangen werden kann.

Mit Vorteil ist vorgesehen, dass das Überzugsmaterial von der Düse unter einem Winkel zwischen 25° und 80°, vorzugsweise zwischen 35° und 65°, gegenüber der Horizontalen aufgespritzt wird.

Um eine zuverlässige Abdichtung des Durchtrittsspalts für das zu beschichtende Gut sicherzustellen, kann weiterhin vorgesehen werden, dass der Strahl des Überzugsmaterials bei einem solchen Düsenaustrittsquerschnitt und mit einer solchen Düsenaustrittsgeschwindigkeit auf das Gut aufgespritzt wird, dass die vertikale Kraftkomponente des Strahls des Überzugsmaterials mindestens gleich groß ist wie die Kraft aus dem metallostatischen Druck des schmelzflüssigen Überzugsmaterials im Tauchbad im Bereich des Durchführungskanals.

Die Vorrichtung zum Beschichten der Oberfläche des Guts beim kontinuierlichen, vertikalen Durchlauf des Guts durch das Tauchbad ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Durchführungskanals mindestens eine Düse angeordnet ist, mit der flüssiges Überzugsmaterial auf die Oberfläche des Guts aufgespritzt werden kann, wobei der von der Düse auf das Gut gerichtete Strahl des Überzugsmaterials gegenüber der Horizontalen nach oben gerichtet ist. Auch hier kann wieder vorgesehen sein, dass der Austritt der Düse unter einem Winkel zwischen 25° und 80°, vorzugsweise zwischen 35° und 65°, gegenüber der Horizontalen angeordnet ist.

Mit Vorteil ist die Düse in den Durchführungskanal integriert. Sie kann von einer Versorgungsleitung mit Überzugsmaterial versorgt werden, die - zumindest in einem Abschnitt - im Verhältnis zum Düsenaustrittsquerschnitt einen wesentlich größeren Querschnitt aufweist.

Insbesondere bei der Beschichtung von bandförmigem Gut ist es vorteilhaft, wenn der Durchführungskanal aus mindestens zwei Teilen besteht, die relativ zueinander und in Bezug zum zu beschichtenden Gut beweglich angeordnet sind. Die Bewegung der Teile des Durchführungskanals erfolgt vorzugsweise in einer horizontalen Richtung. Zur Bewegung der jeweiligen Teile des Durchführungskanals können an jedem Teil des Durchführungskanals Bewegungsmittel vorgesehen werden.

Damit sich kein flüssiges Überzugsmaterial durch Erstarrung im Durchführungskanal ablagert, kann vorgesehen werden, dass der Durchführungskanal mit Heizmitteln versehen ist.

Zur Versorgung und Entsorgung des Tauchbades mit schmelzflüssigem Überzugsmaterial kann dieses mit einer Zufuhr für Schmelze in Verbindung stehen. Ferner kann das Tauchbad einen Überlauf für schmelzflüssiges Beschichtungsmaterial aufweisen. Auch ein Sicherheitsablauf für schmelzflüssiges Beschichtungsmaterial kann im Bodenbereich des Tauchbades vorgesehen werden.

Oberhalb des Tauchbads kann eine Abstreifdüse angeordnet sein. Zum besseren Eingleiten des zu beschichtenden Gutes in den Durchführungskanal kann dieser an seinem unteren Ende eine Abschrägung aufweisen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch den Schnitt durch eine Vorrichtung zur Oberflächenbeschichtung eines strangförmigen metallischen Guts und
Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt durch die eine Hälfte des Durchführungskanals der Vorrichtung.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zu sehen, mit der ein zu beschichtendes Gut 1 in Form eines Stahlbandes mit einem metallischen Überzugsmaterial 2 (beispielsweise Zink) beschichtet wird. Zur gleichmäßigen Beschichtung beider Seiten des bandförmigen Guts wird das Band 1 von unten einem Durchführungskanal 4a, 4b zugeführt und vertikal durch diesen nach oben durch ein Tauchbad 3 geleitet, das bis zu einer gewünschten Füllhöhe mit flüssigem Überzugsmaterial 2 gefüllt ist. Die Förderrichtung des Bandes 1 ist mit R angegeben. Beim Passieren des Tauchbades 3 lagert sich das flüssige Überzugsmaterial 2 auf der Oberfläche des Bandes 1 an; nach dem Verlassen des Tauchbades 3 erstarrt das Überzugsmaterial 2 auf dem Gut 1, so dass das gewünschte Produkt, nämlich ein beschichtetes metallisches Band, vorliegt.
Der Durchführungskanal 4a, 4b führt das Gut 1 senkrecht nach oben in das Tauchbad 3. Wichtig ist in diesem Zusammenhang, dass der Durchführungskanal 4a, 4b das Gut 1 mit einem engen Spalt s (s. Fig. 2) umschließt. Je enger der Spalt s ist, desto kleiner ist die Kraft aus dem metallostatischen Druck p, der im Bodenbereich des Tauchbades 3 herrscht und flüssiges Metall - in unerwünschter Weise - nach unten drängt. Freilich ist eine gewisse Mindestgröße für den Spalt s notwendig, um ein einwandfreies Fördern des Guts 1 durch den Durchführungskanal 4a, 4b sicherzustellen.
Damit ohne weitere Vorkehrungen, insbesondere ohne kostenintensive elektromagnetische Verschlussvorrichtung, ein wirksamer Verschluss gegen nach unten drängendes Überzugsmaterial 2 aus dem Tauchbad 3 erzielt werden kann, wird wie folgt vorgegangen:
In die im Ausführungsbeispiel symmetrisch ausgebildete Durchführungsvorrichtung 4a, 4b sind zwei Düsen 5a und 5b integriert. Im vorliegenden Falle der Beschichtung eines Stahlbandes sind die Düsen 5a, 5b als Breitschlitzdüsen ausgebildet, die sich senkrecht zur Zeichenebene erstrecken. Die Düsen 5a, 5b haben eine Austrittsöffnung 15 (s. Fig. 2), die unter einem Winkel α gegenüber der Horizontalen H ausgerichtet ist. Die Düsen 5a, 5b werden von je einer Versorgungsleitung 7a bzw. 7b mit schmelzflüssigem Überzugsmaterial 2 versorgt, die zunächst horizontal in den Durchführungskanal 4a, 4b einlaufen. Dann werden sie nach oben umgelenkt, so dass sie sich auf die winkelige Anordnung der Düsen 5a, 5b ausrichten. Der Winkel α der Düsen 5a, 5b liegt bevorzugt zwischen 35° und 65° gegenüber der Horizontalen H.
Im Durchführungskanal 4a, 4b bildet sich dadurch also ein hydrodynamischer Gleitkanal aus, der eine wirksame Sperre gegen das nach unten drängende schmelzflüssige Überzugsmaterial 2 aus dem Tauchbad 3 darstellt. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird eine hydrodynamische Schleuse geschaffen, die kostengünstig realisiert werden kann.
Der relativ weite Kanal 7a, 7b mit großem Querschnitt verengt sich in Richtung Düsenende bis zur Austrittsöffnung 15, so dass am Düsenaustritt ein relativ geringer Düsenaustrittsquerschnitt A vorliegt, wobei das Überzugsmaterial 2 dort mit einer hoher Düsenaustrittsgeschwindigkeit v als Strahl 6a bzw. 6b austritt und auf die Oberfläche des Guts 1 trifft. Der Strahl 6a, 6b hat damit einen hohen Impuls. Durch die winkelige Anstellung der Düse (Winkel α) entsteht eine vertikal nach oben gerichtete Impulskomponente, die im Zusammenwirken mit der nach oben gerichteten Förderung des Guts 1 (in Förderrichtung R) dafür sorgt, dass der Kraft aus dem metallostatischen Druck p entgegengewirkt wird, so dass kein Überzugsmaterial 2 aus dem Tauchbad 3 nach unten durch den Spalt s gelangen kann.
Die Einstellung des Spalts s erfolgt mit Bewegungsmitteln 8a, die in Fig. 2 nur für die eine Hälfte 4a des Durchführungskanals schematisch dargestellt sind. Der Spalt s kann damit auf den optimalen Wert eingestellt werden, was durch den horizontalen Doppelpfeil in Fig. 2 angedeutet ist. Der Eintritt des Bands 1 in den Durchführungskanal 4a, 4b wird durch Abschrägungen 14 erleichtert.
Weiterhin sind im Durchführungskanal 4a, 4b in der Nachbarschaft zur Versorgungsleitung 7a, 7b Heizmittel 9 angeordnet, die dafür sorgen, dass das schmelzmetallische Überzugsmaterial 2 im Durchführungskanal 7a, 7b nicht erstarren kann, wodurch eine Verstopfung der Versorgungsleitungen 7a, 7b erfolgen würde.
Das Tauchbad 3 ist mit einer Zufuhr 10 für schmelzflüssiges Überzugsmaterial 2 sowie mit einem Überlauf 11 und einem Sicherheitsablauf 12 ausgestattet, wie es dem Stand der Technik entspricht. Oberhalb des Tauchbades 3 sind zwei Abstreifdüsen 13 (s. Fig. 1) angeordnet, mit denen noch nicht erstarrtes Überzugsmaterial 2 vom Band 1 abgestriffen werden kann.
Die peripheren Einrichtungen, die zur Ver- und Entsorgung des Tauchbades mit schmelzflüssigem Überzugsmaterial notwendig sind, sind im Ausführungsbeispiel nicht näher dargestellt. Es handelt sich dabei um Einrichtungen, wie sie im Stand der Technik hinlänglich bekannt sind (vgl. EP 0 630 421 B1).
Die Vorrichtung wird mit leerem Tauchbad 3 angefahren, indem bei laufendem Band 1 die Zufuhr von Überzugsmaterial 2 über die Versorgungsleitungen 7a, 7b eingeschaltet wird; Überzugsmaterial 2 wird also über die Versorgungsleitungen 7a, 7b den Düsen 5a, 5b zugeführt. Dabei erfolgt ein Vorheizen der Versorgungsleitungen 7a, 7b mittels der Heizmittel 9. Nachdem sich eine stabile Situation bei der Strömung im Spalt zwischen Durchführungskanal 4a, 4b und Gut 1 eingestellt hat, werden die beiden Hälften 4a und 4b des Durchführungskanals mittels der Bewegungsmittel 8a (nicht dargestellt ist 8b) auf den gewünschten Spalt s zusammengefahren.
In der Folge wird das Tauchbad 3 über die Zuströmung von den Düsen 5a, 5b bzw. durch die Zufuhr von schmelzflüssigem Überzugsmaterial 2 über die Zufuhr 10 gefüllt. Der metallostatische Druck steigt dadurch langsam an und kann durch eine Erhöhung der Fördermenge durch die Düsen 5a, 5b ausgeglichen werden. Das Tauchbad 3 wird bis zur Sollhöhe - definiert durch den Überlauf 11 - gefüllt.
Die Größe des Spalts s wird so gewählt, dass einerseits eine saubere Strömung durch die Düsen 5a, 5b auf das Band 1 noch möglich ist, dass andererseits die verbleibende Fläche, auf die der metallostatische Druck p herrscht, gering genug bleibt, so dass im Betrieb die Schleusenwirkung erzielt wird.
Die Versorgung mit frischem Überzugs- oder Beschichtungsmaterial 2 erfolgt aus einem größeren (nicht dargestellten) Vorschmelzgefäß, in dem die metallurgische Arbeit am Überzugsmaterial 2 in Form von Oxidabscheidung und Filterung von festem Überzugsmaterial bzw. Bandmetall-Kristallen aus dem flüssigen Beschichtungsmaterial erfolgt. Ferner erfolgt dort die Zufuhr von frischem Überzugsmaterial durch eine Einschmelzvorrichtung. Bezugszeichenliste 1 zu beschichtendes Gut
2 metallisches Überzugsmaterial
3 Tauchbad
4a, 4b Durchführungskanal
5a, 5b Düse
6a, 6b Strahl der Düse 5
7a, 7b Versorgungsleitung
8a Bewegungsmittel
9 Heizmittel
10 Zufuhr für schmelzflüssiges Überzugsmaterial
11 Überlauf
12 Sicherheitsablauf
13 Abstreifdüse
14 Abschrägung
15 Austrittsöffnung
R Förderrichtung
H Horizontale
α Winkel
v Düsenaustrittsgeschwindigkeit
A Düsenaustrittsquerschnitt
p metallostatischer Druck
s Spalt zwischen Durchführungskanal und Gut

Claims

1. Verfahren zum Beschichten der Oberfläche von strangförmigem metallischen Gut (1), insbesondere Band oder Draht, durch Aufbringen eines metallischen Überzugsmaterials (2), bei dem das zu beschichtende Gut (1) kontinuierlich einen unterhalb eines mit schmelzflüssigem Überzugsmaterial (2) gefüllten Tauchbades (3) angeordneten Durchführungskanal (4a, 4b) und das Tauchbad (3) vertikal nach oben durchläuft, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Oberfläche des Guts (1) im Bereich des Durchführungskanals (4a, 4b) mit einer Düse (5a, 5b) schmelzflüssiges Überzugsmaterial (2) aufgespritzt wird, wobei der von der Düse (5a, 5b) auf das Gut (1) gerichtete Strahl (6a, 6b) Überzugsmaterial (2) gegenüber der Horizontalen (H) nach oben gerichtet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Überzugsmaterial (2) von der Düse (5a, 5b) unter einem Winkel (α) zwischen 25° und 80°, vorzugsweise zwischen 35° und 65°, gegenüber der Horizontalen (H) aufgespritzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strahl (6a, 6b) mit Überzugsmaterial (2) bei einem solchen Düsenaustrittsquerschnitt (A) und mit einer solchen Düsenaustrittsgeschwindigkeit (v) auf das Gut (1) aufgespritzt wird, dass die vertikale Kraftkomponente des Strahls (6a, 6b) des Überzugsmaterials (2) mindestens gleich groß ist wie die Kraft aus dem metallostatischen Druck (p) des schmelzflüssigen Überzugsmaterials (2) im Tauchbad (3) im Bereich des Durchführungskanals (4a, 4b).

4. Vorrichtung zum Beschichten der Oberfläche von strangförmigem metallischen Gut (1), insbesondere Band oder Draht, durch Aufbringen eines metallischen Überzugsmaterials (2) beim kontinuierlichen, vertikalen Durchlauf des zu beschichtenden Guts (1) durch ein Tauchbad (3) mit schmelzflüssigem Überzugsmaterial (2), wobei unterhalb des Tauchbades (3) ein Durchführungskanal (4a, 4b) für das Gut (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Durchführungskanals (4a, 4b) mindestens eine Düse (5a, 5b) angeordnet ist, mit der flüssiges Überzugsmaterial (2) auf die Oberfläche des Guts (1) aufgespritzt werden kann, wobei der von der Düse (5a, 5b) auf das Gut (1) gerichtete Strahl (6a, 6b) des Überzugsmaterials (2) gegenüber der Horizontalen (H) nach oben gerichtet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Austritt der Düse (5a, 5b) unter einem Winkel (α) zwischen 25° und 80°, vorzugsweise zwischen 35° und 65°, gegenüber der Horizontalen (H) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (5a, 5b) in den Durchführungskanal (4a, 4b) integriert ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (5a, 5b) von einer Versorgungsleitung (7a, 7b) mit Überzugsmaterial (2) versorgt wird, die zumindest in einem Abschnitt im Verhältnis zum Düsenaustrittsquerschnitt (A) einen wesentlich größeren Querschnitt aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchführungskanal (4a, 4b) aus mindestens zwei Teilen (4a und 4b) besteht, die relativ zueinander und in Bezug zum zu beschichtenden Gut (1) beweglich angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der Teile des Durchführungskanals (4a, 4b) in einer horizontalen Richtung (H) verläuft.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Teil des Durchführungskanals (4a, 4b) mit Bewegungsmitteln (8a) versehen ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchführungskanal (4a, 4b) mit Heizmitteln (9) versehen ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Tauchbad (3) mit einer Zufuhr (10) für schmelzflüssiges Überzugsmaterial (2) in Verbindung steht.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Tauchbad (3) einen Überlauf (11) für schmelzflüssiges Beschichtungsmaterial (2) aufweist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Tauchbad (3) einen Sicherheitsablauf (12) für schmelzflüssiges Beschichtungsmaterial (2) aufweist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des Tauchbads (3) mindestens eine Abstreifdüse (13) angeordnet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchführungskanal (4a, 4b) an seinem unteren Ende eine Abschrägung (14) aufweist.