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Verfahren zur Herstellung eines metallischen Uberzuges auf einem Stahlband
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und nach oben aus diesem Bad herausgezogen wird.
Das kontinuierliche Aufbringen eines metallischen Überzuges auf Stahlbänder im Tauchverfahren wird bisher so durchgeführt, dass das Stahlband über eine Zuführrolle und eine Bodenrolle durch das Bad geführt wird, in dem das Überzugsmetall, beispielsweise Zink, im geschmolzenen Zustand ist. Das Stahlband wird dann nach oben aus dem Bad über eine Umlenkrolle herausgezogen, wobei im Bereich der Bandoberfläche zwei Qletschrollen vorgesehen sind, die die Stärke des Metallüberzugs bestimmen.
Die kleinste erzielbare Schichtstärke eines nach diesem Verfahren auf ein Stahlband aufgebrachten Zink- überzuges entspricht einer Metallauflage in der Grössenordnung von etwa 18 mg/cm2. Durch Erhöhung des von den Q letschrollen ausgeübten Druckes kann man die Stärke des Überzuges auf einen Wert von etwa 12 mg/cm2 verringern. Durch Benutzung von direkt über dem Zinkbad angebrachten Asbestwischem,
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sind jedoch in ihrer Stärke sehr ungleichmässig. Besonders die beiden Kanten des Stahlbandes werden im allgemeinen mit einem verhältnismässig starken Überzug (in der Grössenordnung von 24 bis 36 mg/cm) versehen, das das geschmolzene Metall stark von den Qzetschrollen mit nach oben genommen wird, wenn das Stahlband zwischen den Quetschrollen hindurchläuft.
Diese ungleichförmige Schichtstärke des Überzuges ist ein erheblicher Nachteil für die weitere Verawbzitung des Stahlbandes. Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens besteht darin, dass durch die Qjetschrollen in den Überzug Oxyde eingeschlossen werden, was zu einer Beeinträchtigung der Obernächsnqualität führt und zu einer Verringerung der Arbeitsgeschwindigkeit nötigt.
Nachteilig ist ferner, dass bei dem Bestrebzn, mit Hilfe von A bestwischem einen dünnen Überzug zu erzielen, der unvermeidliche Verschleiss an den Asbestwischern zu einem ungleichmässigen Wischvorgang führt, so dass am Überzug Streifen und sonstige Obernächenmängel erscheinen, die das Aussehen und die weitere Verarbeitung des Stahlbandes beeinträchtigen. Nachteilig ist bei dem bekannten Verfahren ferner, dass für den Austausch der Qietschrollen, der im Hinblick auf eine aufgetretene Oberflächenrauhigkeit oder zur Anpassung an die gewünschte Überzugsstärke öfters erforderlich ist, ein ausserordentlich grosser Zeitaufwand (der von einigen Stunden bis zu mehreren Tagen reichen kann)
nicht zu umgehen ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Verfahren der eingangs genannten Art dahin weiterzuentwickeln, dass die aufgezeigten Mängel des bekannten Verfahrens vermieden sind. Zu diesem Zweck wird bei einem Verfahren zur Herstellung eines metallischen Überzuges auf einem Stahlband, das kontinuierlich durch ein das Übsrzugsmetall in schmelzflüssiger Form enthaltendes Bad geführt und nach oben aus dem Bad herausgezogen wird, worauf an beiden Seiten des Stahlbandes überschüssiges Überzugs- metall entfernt wird, gemäss der Erfindung derart vorgegangen, dass zwecks Entfernens überschüssigen Überzugsmetalles auf den noch nicht verfestigten Überzug des aus dem Bad heraustretenden Stahlbandes in an sich bekannter Weise ein Druckgasstrom schräg,
mit einer zur Förderrichtung des Stahlbandes entgegengesetzt gerichteten Komponente, geblasen wird, und dass Druckgas mit einer Temperatur von 200 bis 5000 C verwendet wird und/oder dass der Druckgasstrom über 0, 3-3 mm breite Schlitzdüsen, deren Abstand vom Stahlband zwischen 3 und 20 mm veränderbar ist, mit einem Druck von 0, 05 bis 5 kgjcm2, vorzugsweise bis 1, 0 kg/cm2, und einem Winkel von 3 bis 45 , vorzugsweise bis 30 , gegenüber einer Normalen auf das Stahlband aufgeblasen wird.
Hiebei kann als heisses Druckgas das Abgas einer Gasturbine verwendet werden, welche das Gas den Düsen bereits mit dem erforderlichen Druck zuführt ; als Brennstoff für die Gasturbine können gasförmige oder flüssige Kohlenwasserstoffe aber auch verschiedene synthetische Gase, wie Generatorgas oder Wassergas, verwendet werden. Es ist auch möglich als
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heisses Druckgas überhitzten Dampf oder heisse Inertgase, wie Stickstoff, in einigen Fällen auch erhitzte Luft zu verwenden. Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass mit einer sehr hohen Arbeitsgeschwindigkeit ein extrem dünner, jedoch absolut gleichmässiger Überzug hergestellt werden kann. Die Stärke des Überzuges lässt sich dabei in weiten Grenzen frei und sehr genau einstellen.
Alle bei dem bekannten Verfahren durch die Verwendung von Quetschrollen oder durch mechanische Abstreifelemente bedingten Mängel werden bsim ernndungsgemässen Verfahren vermieden.
Mit der österr. Patentschrift Nr. 78732 wurde bereits vorgeschlagen, bei der Herstellung von Metall- überzügen auf Blechtafeln zu beiden Seiten der aus einem schmelzflüssigen Bad des Überzugsmetalles nach oben herausgezoo ; pnen Tafeln einen Druckgasstrom schräg nach unten zu blasen, um von den Blechtafeln überschüssiges Überzugsmetall zu entfernen. Gemäss diesem bekannten Vorschlag ist es jedoch nicht möglich, auf den Blechtafeln Metallüberzüge gleichmässiger Schichtstärke herzustellen, da die Blechtafeln nicht genau genug zentrisch zwischen den den Druckgasstrom liefernden Schlitzdüsen hindurchgeführt werden können und überdies das aus den Düsen austretende Druckgas sich im Zuge der adiabatischen Ausdehnung so stark abkühlt, dass das auf dem Stahlband befindliche Metall, statt von diesem weggeblasen zu werden, sofort, meist tröpfchenartig, erstarrt.
Diese Nachteile können jedoch im Rahmen des erfindunggemässen Verfahrens vermieden werden, da einerseits bei kontinuierlicher Förderung eines Stahlbandes durch ein das Überzugsmetall in schmelzflüssiger enthaltendes Bad und beim Herausziehen des Stahlbandes aus diesem Bad nach oben die Möglichkeit gegeben ist, das Stahlband exakt zentrisch zwischen den den Druckgasstrom liefernden Düsen zu führen und da anderseits bei Verwendung von Druckgas mit einer Temperatur von 200 ois 5000 C die Temperatur des sich adiabatisch ausdehnenden Gases beim Auftreffen auf das Stahlband noch immer hoch genug ist, um ein tröpfchenförmiges Erstarren des Überzugsmetalles zu verhindern bzw.
bei Einhaltung der oben angegebenen Werte für die Düsenabmessungen, den Auftreffwinkel des Druckgasstromes auf das Stahlband, den Abstand der Düsen vom Stahlband und den Druck des Druckgases vor den Düsen auch bei Verwendung von Druckgas mit einer unterhalb der erwähnten Temperaturgrenzen liegenden Temperatur (vor allem wegen des niedrigen Vordruckes des Druckgases vor den Düsen) die adiabatische Abkühlung des Druckgases klein genug bleibt, um keine Störungen verursachen zu können.
Da der bei Einhaltung gewisser Werte für die Düsenöffnungen, den Abstand der Düsen vom Stahlband, den Auftreffwinkel des Druckgasstromes auf das Stahlband und den Vordruck des Druckgases vor den Düsen im Rahmen des erfindungsgemäss m Verfahrens erzielbare Effekt im Gegensatz zu dem bei Einhaltung einer Temperatur des Druckgases von 200 bis 500 C erzielbaren Effekt nicht ohne weiteres herleitbar ist, werden hiezu noch einige allgemeine Ausführungen gemacht, die also vor allem für jenen Fall gelten, bei welchem die Temperatur des Druckgases unter 200 C liegt.
Wenn die kleinste Abmessung der Austrittsöffnung der Düsen die Grösse von 0, 3 mm unterschreitet, so trifft der aus der Düsenöffnung austretende Gasstrahl die beschichtete Oberfläche des Stahlbandes entlang eines so schmalen Bereiches, dass, obzwar überschüssiges schmelzflüssiges Metall vom Stahlband abgeblasen wird, das auf dem Stahlband verbleibende schmelzflüssige Metall streifig erstarrt, d. h. dass die Schichtstärke des aufgebrachten Metallüberzuges ungleichmässig ist. Darüber hinaus besteht bei Schlitzdüsen mit einer Schlitzbreite unter 0, 3 mm die Gefahr der Verstopfung, was erst recht die Herstellung eines gleichmässig starken Überzuges auf dem Stahlband unmöglich macht.
Wenn anderseits die Schlitzbreite der Schlitzdüsen den Wert von 3 mm überschreitet, dann ist auch bei nur sehr geringem Vordruck des Druckgases vor den Düsen die zu fördernde Menge an Druckgas unwirtschaftlich gross und darüber hinaus wird es nicht mehr möglich, durch Wahl des Druckes des Gases vor der Düse oder durch Wahl der sonstigen erwähnten Parameter innerhalb der angegebenen Grenzen die Stärke der aufgebrachten Schicht schmelzflüssigen Metalles einzustellen, da jedenfalls die Energie des auf das Stahlband auftreffenden Gasstrahles so gross ist, dass der grösste Teil des auf das Stahlband aufgebrachten schmelzflüssigen Metalles von diesem abgeblasen wird. Der optimale Bereich der Schlitzbreite der Schlitzdüsen beträgt, wie gefunden wurde, 0, 5-1, 0 mm.
Auch der Abstand der Düsenöffnung vom Stahlband ist für die einwandfreie Beschaffenheit des auf das Stahlband aufgebrachten Überzuges von wesentlicher Bedeutung. Wenn der Abstand der Düsen- öffnungen vom Stahlband kleiner ist als 0, 3 mm, dann kommt es auch bei geringem Druck des Gases vor den Düsen zu einem Flattern des Stahlbandes, was dazu führt, dass sich das schmelzflüssige Metall im Bereiche der Schwingungsknoten anhäuft, womit letzten Endes ebenfalls keine gleichmässige Schichtstärke auf dem Stahlband erzielt werden kann. Abgesehen davon werden die Düsen bei so einem geringen Abstand häufig durch vom Blech abgeblasene Metalltröpfchen verstopft.
Wenn anderseits der Abstand der Düsenöffnungen vom Stahlband 20 mm übersteigt, wird nicht nur der zur Erzielung einer ausreichenden Strahlbündelung erforderliche Druck des Gases vor den Düsen unzulässig hoch, sondern die Temperatur des sich adiabatisch ausdehnenden Gases so stark verringert, dr. ss das auf das Stahlband aufgebrachte schmelzflüssige Metall erstarrt, noch bevor es in ausreichendem Masse vom Stahlband abgeblasen wurde und sich in gleichmässiger Schichtstärke auf dem Stablband verteilt hat. Auch dann ist die erzielbare Schichtstärke des Überzugsmetalles nicht gleichmässig. Der optimale Abstand der Düsenöffnungen vom Stahlband beträgt, wie gefunden wurde, 5-15 mm.
Auch bei ausreichender Strahlbündelung lassen sich bei einem A auftreffwinkel des Gasstrahles auf das Stahlband von mehr als 45 keine hinlänglich glatten Metallüberzüge erzielen, offenbar weil die im Sinne
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des Abwischens schmelzflüssigen Metalls vom Stahlband wirkende Komponente des Gasstrahles, auch bei niedrigen Drücken des Gases vor der Düse, zu gross ist. Wenn der Auftreffwinkel des Gasstrahles auf das Stahlband etwa zwischen 35 und 450 liegt, so kann zwar in der Regel kein Metallübsrzug mit ideal gleichmässiger Schichtstärke, jedoch noch innerhalb der zulässigen Toleranzen liegender Schichtstärke erhalten werden.
Beträgt der Auftreffwinkel des Gasstrahles auf das Stahlband etwa 30 , dann sind bereits die auf dem Stahlband hergestellten Metallüberzüge völlig glatt und gleichmässig stark. Bei einem Auftreff- winkel unter 30 macht sich allerdings bereits der in Förderrichtung des Stahlbandes umgelenkte Teil des Gasstrahles störend bemerkbar. Dieser in Förderrichtung des Stahlbandes umgelenkte Teil des Gasstrahles erzeugt eine Welligkeit des Überzuges bis in den Bereich der Erstarrungszone, so dass dort der Überzug nicht mehr Gelegenheit findet in eine Ebene auseinanderzufliessen und in welliger Form erstarrt.
Beim Arbeiten mit Druckgas niederer Temperatur ist vor allem das Arbeiten nut niedrigem Gasdruck, u. zw. einem Druck von 5 kg oder weniger, wesentlich. Dies steht im Widerspruch zu der bisher herrschenden Ansicht, dass zwecks Erzielung eines ausreichenden "Abwischeffektes" mit 5 kgfcm2 wesentlich übersteigenden Gasdrücken gearbeitet werden muss. Beim Arbeiten mit Drücken über 5 kgfcm2 bildet sich jedoch auf dem auf das Stahlband aufgebrachten Metallüberzug ein Riffelmuster aus, womit die mit einem Metallüberzug versehenen Stahlbänder wegen der örtlich stark unterschiedlichen Schichtstärke des Überzuges für viele Verwendungszwecke unbrauchbar werden.
Es ist somit überraschend, dass gerade bei niedrigen Gasdrücken (5 kg/cm2 oder weniger) völlig zufriedenstellende Ergebnisse erzielt werden können. Im Rahmen einer längeren Versuchsreihe wurde sogar festgestellt, dass die besten Ergebnisse hinsichtlich erzielbarer Oberflächengüte des Überzuges bei sehr niedrigen Gasdrücken von 0, 05 bis 1, 0 kgfcm2 erzielt werden können.
Beim Arbeiten mit so niedrigen Gasdrücken wird nicht nur jede Welligkeit des auf das Stahlband aufgebrachten Überzuges vermieden, sondern es wird auch die Menge der aus der umgebenden Atmosphäre in den Gasstrahl eingesaugte Menge an Luft so weit verringert, dass nennenswerte Temperaturunterschiede zwischen dem zentrischen Teil des Gasstrahles und dessen Randbereichen vermieden werden und dies geht so weit, dass Temperaturunterschiede des Gasstrahles in Querrichtung zum Stahlband ebenfalls vermieden werden, wodurch auch die Stärke des auf das Stahlband aufgebrachten Überzuges in Querrichtung gemessen, stets gleich bleibt, was bei den bekannten Verfahren nicht erzielbar war.
Bei so niedrigen Gasdrücken können zwecks Erzielung eines ausreichenden "Abwischeffektes"die Schlitze der Düsen so gross gemacht werden, dass eine Verstopfung der Düsen auf jeden Fall verhindert wird. Eine solche Verstopfung der Schlitze, auch von Schlitzen grosser Breite, ist beim Arbeiten mit hohen Gasdrücken in der Regel unvermeidlich, da vom Stahlband abgeblasenes Metall mit hoher Geschwindigkeit auf die Badoberfläche geschleudert wird und hiebei Metal1spritzer aus dem Metallbad in die Düsen- öffnungen gelangen können. Abgesehen davon führt das Arbeiten mit hohen Gasdrücken (mehr als 5 kg cm2) zu einer starken Störung der Badoberfläche und damit zu. einer starken Oxydation derselben.
Im folgenden seien einige Ausführungsbeispiele für die erfindungsgemässe Herstellung des Überzuges näher erläutert :
Beispiel 1 : Ein Stahlband von 2, 3 mm Stärke und 1000 mm Breite wurde mit einer Geschwindigkeit von 30 m/min durch das Zinkbad geführt. Die Schlitzdüsen 5 mit einer Schlitzbreite von 0, 9 mm waren unter einem Austrittswinkel von 300 gegenüber der Normalen auf die Seiten des Stahlbandes gerichtet.
Die Düsen waren 250 mm über dem Bad angeordnet. Der Abstand zwischen jeder Düse 5 und dem Stahlband betrug 5 mm. Verbrennungsgas mit einer Temperatur von 500 C und einem Durck von 0, 5 kgfcm2 wurde in einer der Bewegungsrichtung des Stahlbandes entgegengesetzten Richtung auf die Stahlbandseiten geblasen. Es ergab sich dabei ein völlig gleichförmiger Zinküberzug mit einer Stärke von 5, 3 mgfcm2.
Beispiel 2 : Ein Stahlband von 0, 5 mm Stärke und 1000 mm Breite wurde mit einer Geschwindigkeit von 100 m/min durch ein Zink-Aluminiumbad geführt. Die Schlitzdüsen 5 wiesen eine Schlitzbreite von 1 mm auf und waren unter einem Austrittswinkel von 150 gegenüber der Normalen auf die Flächen des Stahlbandes angeordnet. Die Höhe der Düsen 5 über dem Bad bertug 250 mm und der Abstand jeder Düse 5 von der Fläche des Stahlbandes 7 mm. Verbrennungsgas mit einer Temperatur von 400 C und einem Druck von 1 kg/cm2 wurde in einer der Bswegungsrichtung des Stahlbandes entgegengesetzten Richtung auf das Stahlband geblasen.
Es ergab sich dabei ein völlig gleichförmiger Zink-Aluminium- Überzug mit einer Stärke von 2, 3 mgfcm2 auf jeder Seite.
Beispiel 3 : Ein 1, 5 mm starkes und 1000 mm breites Stahlband wurde mit einer Geschwindigkeit von 25 mfmin durch ein Zinkbad gefördert. Die Düsen besassen eine Schlitzbreite von 0, 6 mm und die Düsen waren mit einem Winkel von 80 relativ zu einer Normalen auf die Oberflächen des Stahlbandes nach unten gerichtet. Die Ausströmöffnungen der Düsen lagen 250 mm oberhalb des Zinkbades und jede der Düsen 5 war mit einem Abstand von 10 mm von der Oberfläche des Stahlbandes angeordnet.
Auf das Stahlband wurde Veibrennungsgas, dessen Temperatur 4500 C betrug, mit einem Druck von
0, 18 atü gegen das Stahlband geblasen. Es wurde so ein gleichmässig starker und glatter Zinküberzug auf dem Stahlband erhalten. Die Auftragsstärke entsprach 107 g Zniml.
Beispiel 4 : Ein 0, 8 mm starkes und 1000 mm breites Stahlband wurde mit einer Geschwindigkeit von 40 m/min durch ein Bad aus schmelzflüssiger Zink-Aluminium-Legierung gefördert und aus dem
Bad senkrecht nach oben herausgezogen. Die gegen das Stahlband gerichteten Düsen besassen eine Schlitzbreite von 0, 9 mm und waren mit einem Winkel von 100 rdativ zu einer Normalen auf das Stahlband nach unten gerichtet. Die Düsen waren 160 mm oberhalb des Bades mit einem Abstand von 20 mm von der
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Stahlbandoberfläche angeordnet. Auf das Stahlband wurde Verbrennungsgas, dessen Temperatur 460 0 ( betrug, mit einem Druck von 0, 06 atü geblasen.
Es wurde so auf dem Stahlband ein gleichmässig starke ; und glatter Überzug aus Zink-Aluminium-Legierung hergestellt. Die Auftragsstärke entsprach 186 ! Legierung/m.
Beispiel 5 : Ein 0, 3 mm starkes und 1000 mm breites Stahlband wurde mit einer Geschwindigkeil von 70 m/min durch ein Bad aus schmelzflüssigem Zink gefördert und aus dem Bad senkrecht nach ober herausgezogen. Die gegen das Stahlband gerichteten Düsen besassen eine Schlitzbreite von 0, 85 mm und waren mit einem Winkel von 50 relativ zu einer Normalen auf das Stahlband nach unten gerichtet.
Die Düsen waren 200 mm oberhalb der Badoberfläche mit einem Abstand von 8 mm von der Stahlbandoberfläche angeordnet. Auf das Stahlband wurde Verbrennungsgas, dessen Temperatur 440'C betrug, mit einem Druck von 0, 25 atü geblasen. Es wurde so ein gleichmässig starker und glatter Zinküberzug hergestellt. Die erzielte Auftragsstärke betrug 92 g Zn/m2.
Beispiel 6 : Ein 0, 4 mm starkes und 1000 mm breites Stahlband wurde mit einer Geschwindigkeit von 60 m/min durch ein Zinkbad gefördert und aus dem Bad senkrecht nach oben herausgezogen. Die gegen das Stahlband gerichteten Düsen besassen eine Schlitzbreite von 0, 9 mm und waren mit einem Winkel von 50 relativ zu einer Normalen auf das Stahlband nach unten gerichtet. Die Düsen waren 160 mm oberhalb der Badoberfläche mit einem Abstand von 11 mm von der Stahlbandoberfläche angeordnet. Auf das Stahlband wurde Verbrennungsgas, dessen Temperatur 450 C betrug, mit einem Druck von 0, 3 atü geblasen. Es wurde so ein gleichmässig starker und glatter Zinküberzug erhalten. Die erzielte Auftragsstärke entsprach 77 g Zink/m.
Beispiel 7 : Ein 0, 6 mm starkes und 1000 mm breites Stahlband wurde mit einer Geschwindigkeit von 50 m/min durch ein Zinkbad gefördert und aus diesem vertikal nach cbsn herausgezogen. Die Düsen besassen eine Schlitzbreite von 0, 3 mm und waren mit einem Winkel von 7, 5 relativ zu einer Normalen auf das Stahlband nach unten gerichtet. Die Düsen waren 200 mm oberhalb der Badobzrfläche mit einem Abstand von 10 mm vom Stahlband angeordnet. Mittels der Düsen wurde gegen das Stahlband Verbren- nungsgas, dessen Temperatur 470 C betrug, mit einem Druck von 1, 5 atü geblasen.
Es wurde so ein nahezu gleichmässig starker Zinküberzug auf dem Stahlband hergestellt, wobei jedoch die Oberfläche des Zinküberzuges bereits Riffeln zeigte, die jedoch durchaus noch tolerieibar waren. Die erzielte Auftragsstärke entsprach 122 g Zink/m.
Was die Gastemperatur anbelangt, so genügt bei Herstellung von Zink-oder Zink-Aluminium-Überzügen Zimmertemperatur ; noch besser sind jedoch Temperaturen zwischen 200 und 500 C. Es versteht sich, dass die Erfindung gleichfalls für die Herstellung von Zinn-, Zinn-Blei-, Aluminium-oder sonstigen Überzügen auf Stahlbändern geeignet ist.