AT397814B - METHOD FOR GALVANIZING A TAPE AND SYSTEM FOR IMPLEMENTING THE METHOD - Google Patents
METHOD FOR GALVANIZING A TAPE AND SYSTEM FOR IMPLEMENTING THE METHOD Download PDFInfo
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Abstract
Description
AT 397 814 BAT 397 814 B
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verzinken eines Bandes, insbesondere eines Stahlbandes, wobei das Band kontinuierlich im Durchlaufverfahren entweder elektrolytisch mit Zink oder gemäß dem Feuerverzinkungsverfahren in einem Zinkbad mit Zink beschichtet wird, anschließend zur Bildung einer Zn-Fe-Schicht einer Wärmebehandlung in einem Durchlaufofen und weiters einer on-line-Kontrolle der Zinkschicht unterzogen wird, wobei der Verzinkungsvorgang in Abhängigkeit der on-line-Kontrolle gesteuert wird, sowie eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for galvanizing a strip, in particular a steel strip, the strip being continuously coated with zinc in a continuous process either electrolytically with zinc or according to the hot-dip galvanizing process in a zinc bath with zinc, then to form a Zn-Fe layer of a heat treatment in a continuous furnace and further subjected to an on-line control of the zinc layer, the galvanizing process being controlled in dependence on the on-line control, and a plant for carrying out the method.
Bei modernen Verzinkrnngsverfahren dieser Art (bekannt aus der EP-A - 0 473 154) zur Herstellung von sogenanntem "galvannealtem" Band, worunter man ein wärmetechnisch nachbehandeltes, metallisch beschichtetes Stahlband versteht, wird das bereits verzinkte Band kontinuierlich im Durchlaufverfahren einem Nachglühen (Galvannealen) unterzogen. Dabei wird das Band nach Durchlaufen des Verzinkungsteiles (Zinkbad + Abstreifsystem bei Feuerverzinkungsanlagen, Verzinkungszellen bei elektrolytischen Verzinkungsanlagen) durch einen als Durchlaufofen ausgebildeten Nachglühofen (Galvannealingofen und Halteofen) geführt. Dieser Ofen kann z.B. induktiv oder mit Gas betrieben werden.In modern galvanizing processes of this type (known from EP-A - 0 473 154) for the production of so-called " galvan-aged " Strip, which is understood to mean a heat-treated, metal-coated steel strip, the strip, which has already been galvanized, is continuously subjected to an afterglow (galvanneal) in a continuous process. After passing through the galvanizing part (zinc bath + stripping system in hot-dip galvanizing plants, galvanizing cells in electrolytic galvanizing plants), the strip is passed through a post-annealing furnace (galvannealing furnace and holding furnace). This oven can e.g. operated inductively or with gas.
Durch den Nachglühvorgang wird die Reinzinkschicht durch Eindiffundieren von Eisen in eine Zn-Fe-Schicht umgewandelt. Je nach Eisengehalt der Zn-Fe-Legierung bildet sich ein Produkt mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften (z.B. Zähigkeit, Härte) aus, wodurch das Einsatzgebiet (Abriebverhalten, Schweißbarkeit, Lackierbarkeit, Korrosionswiderstand, Tiefziehvermögen) entscheidend bestimmt wird. Der Fe-Gehalt kann durch entsprechende Meßgeräte (z.B. mittels Röntgenfluoreszenz, Röntgenbeugung oder ähnlicher Verfahren) am laufenden Band, d.h. on-line gemessen werden, wie dies z.B. in der EP-A - 0 473 154 beschrieben ist, wobei das Meßergebnis in der Regel etwa einen Mittelwert des Fe-Gehaltes über die Dicke der Zn-Fe-Schicht darstellt. Für die Qualität des Produktes ist es von großer Bedeutung, daß die Zn-Fe-Schicht vollständig durchreagiert ist, d.h. daß Eisen bis an die Oberfläche der Zn-Fe-Schicht vorgedrungen ist und dort eine stabile Phase mit dem Zink bildet.The post-annealing process converts the pure zinc layer into a Zn-Fe layer by diffusing iron. Depending on the iron content of the Zn-Fe alloy, a product with different mechanical properties (e.g. toughness, hardness) is formed, which decisively determines the area of use (abrasion behavior, weldability, paintability, corrosion resistance, deep-drawing capacity). The Fe content can be continuously measured by appropriate measuring devices (e.g. by means of X-ray fluorescence, X-ray diffraction or similar methods), i.e. be measured on-line, e.g. is described in EP-A-0 473 154, the measurement result generally representing an average of the Fe content over the thickness of the Zn-Fe layer. It is of great importance for the quality of the product that the Zn-Fe layer has reacted completely, i.e. that iron has penetrated to the surface of the Zn-Fe layer and forms a stable phase with the zinc there.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, das eingangs beschriebene Verfahren dahingehend weiterzuentwickeln, daß ein verzinktes Band mit einem definierten durchreagierten Schichtaufbau hergestellt werden kann, wobei direkt und unmittelbar in den Herstellungsprozeß zur Sicherstellung einer gleichmäßigen Qualität des verzinkten Bandes eingegriffen werden kann und die Produktion von Ausschußware minimiert wird. Insbesondere soll das erfindungsgemäße Verfahren die automatische Berücksichtigung beabsichtigter Veränderungen von Verfahrensparametern ebenso ermöglichen wie deren unbeabsichtigte Veränderungen, so daß der Herstellungsprozeß laufend und ohne manuelle Eingriffe optimiert ist.The object of the invention is to further develop the method described at the outset in such a way that a galvanized strip with a defined, fully reacted layer structure can be produced, it being possible to intervene directly and directly in the manufacturing process to ensure a uniform quality of the galvanized strip and the production of rejects is minimized. In particular, the method according to the invention should enable the automatic consideration of intended changes to process parameters as well as their unintentional changes, so that the manufacturing process is continuously optimized and without manual intervention.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwecks Feststellung einer Durchreaktion der Zn-Fe-Schicht die Strahlungsemission der Bandoberfläche während oder nach der Wärmebehandlung mittels mindestens eines Pyrometers gemessen wird und die Durchreaktion an der Stelle des Pyrometers durch Änderung der als Stellgröße eines in Abhängigkeit der Pyrometeranzeige ablaufenden Regelvorganges dienenden Heizleistung des Durchlaufofens sichergestellt wird.This object is achieved in that the radiation emission of the strip surface is measured during or after the heat treatment by means of at least one pyrometer and the through reaction at the point of the pyrometer by changing the as a manipulated variable depending on the purpose of determining a through reaction of the Zn-Fe layer Pyrometer display running control serving heating output of the continuous furnace is ensured.
Vorzugsweise wird hierbei so vorgegangen, daß an der Banddurchlaufstrecke durch Messung mittels mehrerer in Bandlaufrichtung hintereinander angeordneter Pyrometer jene Stelle bestimmt wird, ab der die Zn-Fe-Schicht durchreagiert ist, und durch Regelung der Heizleistung des Durchlaufofens diese Stelle an der Banddurchlaufstrecke in eine gewünschte und als Führungsgröße fungierende Position gebracht wird.Preferably, the procedure is such that the point at which the Zn-Fe layer has reacted is determined on the belt passage section by measurement by means of a plurality of pyrometers arranged one behind the other in the belt running direction, and by regulating the heating power of the continuous furnace this point on the belt passage section into a desired one and is brought into a position that acts as a benchmark.
Gemäß einer bevorzugten Verfahrensweise wird zusätzlich zur Bestimmung der Durchreaktion ein Wert des Eisengehaltes der Zn-Fe-Schicht als Führungsgröße bestimmt, der Istwert des Eisengehaltes der Zn-Fe-Schicht mit der Führungsgröße verglichen und eine Regelabweichung über einen Regler durch eine Änderung der als Stellgröße dienenden Heizleistung des Durchlaufofens ausgeglichen.According to a preferred procedure, in addition to determining the through-reaction, a value of the iron content of the Zn-Fe layer is determined as a reference variable, the actual value of the iron content of the Zn-Fe layer is compared with the reference variable and a control deviation is changed using a controller by changing the control variable serving heating capacity of the continuous furnace balanced.
Die Temperaturführung im Durchlaufofen beeinflußt den Aufbau der galvannealten Schicht entscheidend und daher auch die mechanischen Eigenschaften des Produktes, da die Diffusionsvorgänge des Eisens in die Zinkschicht (Diffusionsgeschwindigkeit, Eisengehalt) von der Temperatur und der Dauer der Wärmebehandlung im Durchlaufofen abhängig sind.The temperature control in the continuous furnace has a decisive influence on the structure of the galvanized layer and therefore also the mechanical properties of the product, since the diffusion processes of the iron into the zinc layer (diffusion rate, iron content) depend on the temperature and the duration of the heat treatment in the continuous furnace.
Derzeit ist jedoch eine Temperaturerfassung des Bandes im Bereich des Nachglühofens nicht möglich, da kein kostengünstiges herkömmliches, berührungslos arbeitendes Temperaturmeßgerät zur Verfügung steht, welches unter diesen Bedingungen die Temperatur ausreichend genau messen könnte. Gemäß der oben beschriebenen bevorzugten Verfahrensweise ist daher vorgesehen, die Ofentemperatur indirekt über die Heizleistung einzustellen und damit eine besonders gleichmäßige Qualität des beschichteten Bandes zu sichern.Currently, however, it is not possible to measure the temperature of the strip in the area of the afterglow furnace, since there is no inexpensive, conventional, non-contact temperature measuring device available which could measure the temperature with sufficient accuracy under these conditions. According to the preferred procedure described above, it is therefore provided to set the furnace temperature indirectly via the heating power and thus to ensure a particularly uniform quality of the coated strip.
Vorzugsweise wird die Regelung in einem geschlossenen Regelkreis mit Hilfe eines Rechners durchgeführt, der die Regelabweichung registriert und mittels Stellbefehle die Heizleistung des Durchlaufofens regelt, wobei vorteilhaft der Rechner die Banddimension, das Grundmaterial des Bandes hinsichtlich seiner chemischen Zusammensetzung und/oder Gefüge, die Zinkschichtdicke, die Zusammensetzung des Zinkba- 2The control is preferably carried out in a closed control circuit with the aid of a computer which registers the control deviation and controls the heating power of the continuous furnace by means of control commands, the computer advantageously having the strip dimension, the basic material of the strip with regard to its chemical composition and / or structure, the zinc layer thickness, the composition of the zinc ba 2
AT 397 814 B des, wie z.B. dessen Al-Gehalt, die Bandgeschwindigkeit sowie gegebenenfalls weitere Parameter, wie Temperatur des Bandes am Einlauf des Durchlaufofens und die Umgebungstemperatur berücksichtigt.AT 397 814 B des, such as its Al content, the belt speed and possibly other parameters such as the temperature of the belt at the inlet of the continuous furnace and the ambient temperature are taken into account.
Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung und damit die Temperatur innerhalb des Durchlaufofens in einzelnen Heizzonen unterschiedlich einstellbar ist.A preferred embodiment is characterized in that the heating power and thus the temperature within the continuous furnace can be set differently in individual heating zones.
Hierbei ist vorteilhaft zur Berücksichtigung von über die Bandbreite unterschiedlichen Meßwerten des Eisengehaltes der Eisen-Zink-Legierung oder der Strahlungsemission der Oberfläche die Heizleistung in in Richtung der Bandbreite nebeneinanderliegenden Heizzonen unterschiedlich einstellbar.In this case, in order to take into account measurement values of the iron content of the iron-zinc alloy or the radiation emission of the surface which differ over the bandwidth, the heating power can be set differently in the heating zones adjacent to one another in the direction of the bandwidth.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist vorteilhaft die Heizleistung in in Richtung des Banddurchlaufes hintereinander liegenden Heizzonen unterschiedlich einstellbar, wodurch die Aufwärmgeschwindigkeit des Bandes bzw. die Haltezeit des Bandes auf einer bestimmten Temperatur zur Erzielung einer optimalen Bandqualität variiert werden kann.According to another embodiment, the heating output can advantageously be set differently in the heating zones lying one behind the other in the direction of the strip passage, as a result of which the heating-up speed of the strip or the holding time of the strip at a specific temperature can be varied in order to achieve optimum strip quality.
Zweckmäßig wird die Messung der Strahlungsemission und/oder des Fe-Gehaltes an über die Bandbreite verteilt angeordneten Stellen durchgeführt.The measurement of the radiation emission and / or the Fe content is expediently carried out at locations distributed over the bandwidth.
Eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens mit einer ein Band kontinuierlich entlang einer Bandlaufstrecke führenden Bandführungseinrichtung, einer an der Bandlaufstrecke angeordneten Zinkbeschichtungseinrichtung, einer nachfolgend angeordneten, von einem Nachglühofen gebildeten Wärmebehandlungseinrichtung für das Band und einer ebenfalls an der Bandlaufstrecke liegenden, in oder nach der Wärmebehandlungseinrichtung angeordneten Meßeinrichtung zur Kontrolle der Zinkschicht, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung von mindestens einem Pyrometer gebildet ist, das mit einem Regler gekoppelt ist, der über eine Steuerleitung mit der Heizeinrichtung der Wärmebehandlungseinrichtung gekoppelt ist.A system for carrying out the method with a belt guiding device continuously guiding a belt along a belt run, a zinc coating device arranged on the belt run, a subsequent heat treatment device for the belt formed by an afterglow furnace, and a heat treatment device also located on the belt run, arranged in or after the heat treatment device Measuring device for checking the zinc layer, is characterized in that the measuring device is formed by at least one pyrometer, which is coupled to a controller, which is coupled via a control line to the heating device of the heat treatment device.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Mehrzahl von in Bandlaufrichtung hintereinander angeordneten und mit dem Regler gekoppelten Pyrometern vorgesehen.According to a preferred embodiment, a plurality of pyrometers arranged one behind the other in the strip running direction and coupled to the controller are provided.
Zur Berücksichtigung einer Vielzahl von die Qualität des beschichteten Bandes beeinflussenden Parametern ist vorteilhaft der Regler mit einem Prozeßrechner gekoppelt.To take into account a large number of parameters influencing the quality of the coated strip, the controller is advantageously coupled to a process computer.
Zur Feststellung des Eisengehaltes der Zn-Fe-Schicht ist zweckmäßig zusätzlich eine der Wärmebehandlungseinrichtung nachgeordnete Meßeinrichtung zum Messen des Eisengehaltes der Zinkschicht vorgesehen, die mit einem Regler gekoppelt ist, der über eine Steuerleitung mit der Heizeinrichtung der Wärmebehandiungseinrichtung gekoppelt ist.To determine the iron content of the Zn-Fe layer, a measuring device downstream of the heat treatment device for measuring the iron content of the zinc layer is expediently provided, which is coupled to a controller which is coupled via a control line to the heating device of the heat treatment device.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Anlage zum Verzinken eines Bandes veranschaulicht. In dem in Fig. 2 dargesteliten Diagramm ist die Abhängigkeit des Eisengehaltes von der Heizleistung veranschaulicht. Fig. 3 zeigt eine Abweichung des Eisengehaltes in der Zn-Fe-Schicht in Abhängigkeit der Bandbreite, Fig. 4 die Abhängigkeit der Strahiungsemission von der Haltezeit.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, with FIG. 1 schematically illustrating a system for galvanizing a strip. The diagram depicted in FIG. 2 shows the dependence of the iron content on the heating power. FIG. 3 shows a deviation of the iron content in the Zn-Fe layer as a function of the bandwidth, FIG. 4 shows the dependence of the radiation emission on the holding time.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird ein zu verzinkendes Stahlband 1 mittels einer Bandführungseinrichtung, die eine Mehrzahl von Bandführungsrollen 2 aufweist, kontinuierlich entlang einer Bandlaufstrecke 3 von einer nicht dargestellten Abwickelstation zu einer ebenfalls nicht dargestellten Aufwickelstation geführt. An der Bandlaufstrecke 3 gelangt das Stahlband zunächst zu einer Zinkbeschichtungseinrichtung 4, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel als Feuerverzinkungseinrichtung ausgestaltet ist. Diese weist ein Zinkbad 5 und eine in Bandlaufrichtung 6 nachgeordnete Abstreifeinrichtung 7 zur Sicherstellung einer konstanten und über die Bandbreite gleich dicken Zinkschicht auf.As can be seen from FIG. 1, a steel strip 1 to be galvanized is continuously guided along a strip path 3 from a unwinding station to a winding station, also not shown, by means of a belt guide device which has a plurality of belt guide rollers 2. On the belt run 3, the steel strip first reaches a zinc coating device 4, which in the exemplary embodiment shown is designed as a hot-dip galvanizing device. This has a zinc bath 5 and a stripping device 7 arranged downstream in the strip running direction 6 to ensure a constant zinc layer which is of equal thickness over the bandwidth.
Anschließend danach wird das Stahlband 1 über eine Heiß-Dickenmeßanlage 8 zur Messung der Dicke der Zinkschicht und über eine Temperaturmeßeinrichtung 9 in eine zwei Durchlauföfen 10, 11 aufweisende Wärmebehandlungseinrichtung 13 eingeleitet. Im ersten Durchlaufofen 10 erfolgt in erster Linie die Aufheizung des verzinkten Stahlbandes 1 auf die erforderliche Glühtemperatur. Im nachfolgend angeordneten weiteren Durchlaufofen 11 wird das Stahlband 1 in erster Linie auf einer konstanten Glühtemperatur gehalten.Subsequently, the steel strip 1 is introduced via a hot-thickness measuring system 8 for measuring the thickness of the zinc layer and via a temperature measuring device 9 into a heat treatment device 13 having two continuous furnaces 10, 11. In the first continuous furnace 10, the galvanized steel strip 1 is primarily heated to the required annealing temperature. In the further continuous furnace 11 arranged subsequently, the steel strip 1 is primarily kept at a constant annealing temperature.
Nach Austritt des Stahlbandes 1 aus dem zweiten Durchlaufofen 11 wird mittels eines Pyrometers 14 die Strahlungsemission des fertig geglühten Stahlbandes 1 gemessen. Anschließend sind an der Bandführung Kühleinrichtungen 15 angeordnet. An einer der Wärmebehandlungseinrichtung 13 nachgeordneten Stelle der Bandlaufstrecke 3 ist weiters eine Meßeinrichtung 16 zum Messen des Eisengehaltes der Zn-Fe-Schicht vorgesehen, die vorzugsweise, wie durch den Doppelpfeil 17 angedeutet, über die Bandbreite verschiebbar ist, so daß an verschiedenen Stellen der Bandbreite eine Messung durchgeführt werden kann. Die Meßeinrichtung arbeitet vorzugsweise nach dem Röntgenstrahlverfahren.After the steel strip 1 has emerged from the second continuous furnace 11, the radiation emission of the completely annealed steel strip 1 is measured by means of a pyrometer 14. Cooling devices 15 are then arranged on the belt guide. At a point downstream of the heat treatment device 13 of the belt path 3, a measuring device 16 is also provided for measuring the iron content of the Zn-Fe layer, which, as indicated by the double arrow 17, is preferably displaceable over the bandwidth, so that the bandwidth is at different points a measurement can be carried out. The measuring device preferably works according to the X-ray method.
Ein mit einem Prozeßrechner 18 gekoppelter Regler 19 ist mit Heizeinrichtungen der beiden Durchlauföfen 10, 11 zwecks Einstellung der Heizleistung gekoppelt, wie dies durch die Doppelpfeile 20 veranschaulicht ist.A controller 19 coupled to a process computer 18 is coupled to heating devices of the two continuous furnaces 10, 11 for the purpose of setting the heating power, as is illustrated by the double arrows 20.
Die Funktion der Anlage ist wie folgt:The function of the system is as follows:
Das im Zinkbad 5 gelöste Aluminium bildet aufgrund seiner höheren Affinität zum Eisen zunächst am 3Due to its higher affinity for iron, the aluminum dissolved in zinc bath 5 initially forms on the 3rd
AT 397 814 BAT 397 814 B
Stahlband eine Eisen-Aluminium-Schicht (Fe2Als), welche eine Reaktion des Eisensubstrates des Stahlbandes 1 und der Zinkschicht verhindert. Dieses System {Stahlband 1 + Fe-Al-Schicht + flüssige Zn-Schicht) gelangt in den ersten Durchlaufofen 10 und wird auf eine Temperatur von 450'C bis 700'C gebracht. Im zweiten Durchlaufofen 11 wird das Stahlband 1 auf einer bestimmten Temperatur gehalten oder noch weiter erwärmt. Der hierbei einsetzende Diffusionsprozeß des Eisens in die Zinkschicht wandelt die Reinzinkschicht in eine Zink-Eisen-Schicht um.Steel strip an iron-aluminum layer (Fe2Als), which prevents a reaction of the iron substrate of the steel strip 1 and the zinc layer. This system (steel strip 1 + Fe-Al layer + liquid Zn layer) reaches the first continuous furnace 10 and is brought to a temperature of 450'C to 700'C. In the second continuous furnace 11, the steel strip 1 is kept at a certain temperature or heated even further. The process of diffusion of iron into the zinc layer that occurs converts the pure zinc layer into a zinc-iron layer.
Hierbei wird zuerst die im Zinkbad gebildete Fe-Al-Sperrschicht durch das Zn-Fe-Wachstum an den Korngrenzen des Grundmaterials aufgebrochen, und ein pilzförmiges Wachstum der Zn-Fe-Komplexe beginnt. Je nach Eisengehalt bilden sich unterschiedliche metallurgische Phasen aus, die unterschiedliche Eigenschaften aufweisen.Here, the Fe-Al barrier layer formed in the zinc bath is first broken up by the Zn-Fe growth at the grain boundaries of the base material, and a mushroom-shaped growth of the Zn-Fe complexes begins. Depending on the iron content, different metallurgical phases are formed that have different properties.
Die wichtigsten Phasen sind in nachstehender Tabelle aufgelistet:The main phases are listed in the table below:
Phase % Fe Kristallstruktur Härte (MPa) Eta.. Zeta.. Delta.. Gamma.. <0,03 5-6 7-12 21 -28 Hexagonal Monoklinisch Hexagonal Kubisch 300 - 500 1800-2700 2500 - 4500 4500 - 5500Phase% Fe crystal structure hardness (MPa) Eta .. Zeta .. Delta .. Gamma .. < 0.03 5-6 7-12 21 -28 hexagonal monoclinic hexagonal cubic 300 - 500 1800-2700 2500 - 4500 4500 - 5500
Wie aus der obigen Tabelle ersichtlich ist, werden die Phasen mit zunehmendem Eisengehalt immer härter bzw. spröder. Dies kann bei anschließender Verformung (z.B. Tiefziehen) zu erhöhtem Abrieb führen, wodurch die Haftung der Zn-Fe-Schicht sehr schlecht wird.As can be seen from the table above, the phases become harder or more brittle with increasing iron content. With subsequent deformation (e.g. deep drawing) this can lead to increased abrasion, which makes the adhesion of the Zn-Fe layer very poor.
Im Fall von elektrolytischen Verzinkungsanlagen ist der Vorgang analog, wobei der Al-Gehalt jedoch eine untergeordnete Rolle spielt. Für die Qualität des Produktes ist es von großer Bedeutung, daß die Zn-Fe-Schicht vollständig durchreagiert ist, d.h. daß das Zink an der Oberfläche des beschichteten Stahlbandes 1 infolge des Vordringens des Eisens beim Diffusionsvorgang eine stabile Phase mit dem Eisen bildet.In the case of electrolytic galvanizing plants, the process is analogous, but the Al content plays a minor role. It is of great importance for the quality of the product that the Zn-Fe layer has reacted completely, i.e. that the zinc forms a stable phase with the iron on the surface of the coated steel strip 1 due to the advance of the iron during the diffusion process.
Da sich bei der Umwandlung der Zinkschicht in eine Zn-Fe-Schicht der Emissionsgrad der Beschichtung sprunghaft verändert, sobald die Oberfläche der Zn-Fe-Schicht Eisen aufweist (vgl. Fig. 4), kann eine Strahlungsemissionsmessung mit Hilfe eines Pyrometers 14 zur Beurteilung der galvannealten Schicht herangezogen werden. Das Pyrometer 14 kann nach oder in der Wärmebehandlungseinrichtung 13 (z.B. zwischen Galvannealingofen 10 und Halteofen 11) angeordnet werden. Bei dieser Messung handelt es sich um eine Information über die rein von der Oberfläche des Stahlbandes 1, d.h. dessen Zn-Fe-Schicht, emittierte Strahlungsenergie, die eine Funktion der Temperatur und der Emissionszahl des Oberflächenzustandes ist. So liegt die Emissionszahl einer Reinzinkoberfläche bei unter 0,2 und die einer durchreagierten Fe-Zn-Oberfläche bei etwa 0,6. Ist die Zn-Fe-Schicht an der Stelle des Pyrometers noch nicht durchreagiert, wird die Heizleistung der Durchlauföfen 10,11 mit Hilfe des an einen Prozeßrechner 18 angeschlossenen Reglers 19, dem der Meßwert des Pyrometers eingegeben wird, erhöht, bis eine Durchreaktion mit Hilfe des Pyrometers feststellbar ist. Die Heizleistung bildet hier die Stellgröße des Regelvorganges.Since the emissivity of the coating changes abruptly when the zinc layer is converted into a Zn-Fe layer as soon as the surface of the Zn-Fe layer has iron (see FIG. 4), a radiation emission measurement can be carried out using a pyrometer 14 for evaluation the galvan-aged layer. The pyrometer 14 can be arranged after or in the heat treatment device 13 (e.g. between the galvannealing furnace 10 and the holding furnace 11). This measurement is information about the purely from the surface of the steel strip 1, i.e. its Zn-Fe layer, emitted radiation energy, which is a function of the temperature and the emission number of the surface state. The emission number of a pure zinc surface is less than 0.2 and that of a fully reacted Fe-Zn surface is about 0.6. If the Zn-Fe layer has not yet completely reacted at the point of the pyrometer, the heating power of the continuous furnaces 10, 11 is increased with the aid of the controller 19 connected to a process computer 18, to which the measured value of the pyrometer is input, until a complete reaction with the aid of the pyrometer is detectable. The heating power is the control variable of the control process.
Durch die starke Änderung des Emissionsgrades im Falle des Eintretens der sogenannten Durchreaktion, d.h. wenn das Eisen bis an die Oberfläche der Zn-Schicht vordringt, ist es auch möglich, jene Stelle in Bandiaufrichtung 6 zu erkennen, ab der die Durchreaktion abgeschlossen ist. Dies kann z.B. dadurch erfolgen, daß zwei oder mehrere Pyrometer in Bandlaufrichtung 6 hintereinander angeordnet werden. Durch die Kenntnis über den Emissionsgradsprung beim Durchreagieren der Zn-Fe-Schicht und aus den gemessenen Strahlungsintensitäten der Pyrometer 14 kann auf jene Stelle der Bandlaufstrecke 3 geschlossen werden, ab der die Zn-Fe-Schicht bereits durchreagiert ist.Due to the strong change in emissivity in the event of the so-called through reaction, i.e. if the iron penetrates to the surface of the Zn layer, it is also possible to recognize that point in the banding direction 6 from which the reaction has been completed. This can e.g. in that two or more pyrometers are arranged one behind the other in the tape running direction 6. By knowing about the jump in emissivity when the Zn-Fe layer reacts, and from the measured radiation intensities of the pyrometers 14, conclusions can be drawn as to the point on the belt path 3 from which the Zn-Fe layer has already reacted.
Die Heizleistung der Durchlauföfen 10, 11 wird nun mit Hilfe des Reglers 19 so geregelt, daß die Durchreaktion ab einer bestimmten gewünschten Stelle abgeschlossen ist. Eine weitere Möglichkeit, die Stelle in Bandlaufrichtung zu erkennen, an der die Durchreaktion abgeschlossen ist, besteht darin, die Pyrometermessung mit einer thermischen Modelirechnung zu vergleichen.The heating power of the continuous furnaces 10, 11 is now controlled with the help of the controller 19 so that the through reaction is completed from a certain desired point. Another way of recognizing the point in the strip running direction at which the through reaction is complete is to compare the pyrometer measurement with a thermal modeling calculation.
Dazu wird der Pyrometermessung einmal der empirisch ermittelte Emissionsgrad für die Reinzinkschicht und ein zweites Mal der empirisch ermittelte Emissionsgrad der durchreagierten Schicht zugrundegelegt. Dies ergibt rechnerisch zunächst zwei entsprechend den unterschiedlichen Emissionszahlen verschiedene Pyrometer-Temperaturwerte für das laufende Band.For this purpose, the pyrometer measurement is based on the empirically determined emissivity for the pure zinc layer and a second time on the empirically determined emissivity of the fully reacted layer. In terms of calculations, this initially results in two pyrometer temperature values for the running belt that differ according to the different emission numbers.
Durch Vergleich dieser beiden Werte mit einer parallel für den betreffenden Bandabschnitt durchgeführten Modellerrechnung der Temperatur, die sich aus der Eintrittstemperatur des Stahlbandes in die Wärmebehandlungseinrichtung und der dieser zugeführten Leistung errechnen läßt, wird festgestellt, welcher der beiden Pyrometer-Temperaturwerte mit der errechneten Temperatur übereinstimmt. Dieser 4By comparing these two values with a model calculation of the temperature carried out in parallel for the strip section in question, which can be calculated from the entry temperature of the steel strip into the heat treatment device and the power supplied to it, it is determined which of the two pyrometer temperature values corresponds to the calculated temperature. This 4th
AT 397 814 BAT 397 814 B
Temperaturwert wird dann als richtige Temperatur des laufenden Stahlbandes 1 angesehen. Der zugehörige Emissionsgrad gibt an, ob das Stahlband noch eine Reinzinkauflage aufweist oder ob die Beschichtung bereits durchreagiert ist. Die Heizleistung der Wärmebehandlungseinrichtung wird so geregelt, daß die Durchreaktion an der Stelle des Pyrometers 14 abgeschlossen ist.The temperature value is then regarded as the correct temperature of the running steel strip 1. The associated emissivity indicates whether the steel strip still has a pure zinc coating or whether the coating has already reacted. The heating power of the heat treatment device is controlled so that the through reaction at the point of the pyrometer 14 is completed.
Da aus der Information über die Durchreaktion der Beschichtung alleine nicht direkt und unmittelbar auf den Fe-Qehalt der Zn-Fe-Schicht geschlossen werden kann, der Fe-Gehalt jedoch für die Eigenschaften des Produktes von großer Bedeutung ist, ist es von Vorteil, die Heizleistungsverteilung über die Länge der Wärmebehandlungseinrichtung aufgrund einer Kombination der beiden Informationen, nämlich des Fe-Gehalts der Zn-Fe-Schicht und der Emissionsgradbestimmung, einzustellen.Since the information about the reaction of the coating alone cannot be used to directly and directly deduce the Fe content of the Zn-Fe layer, but the Fe content is of great importance for the properties of the product, it is advantageous that Heat output distribution over the length of the heat treatment device based on a combination of the two information, namely the Fe content of the Zn-Fe layer and the emissivity determination.
Zur Einstellung des optimalen Eisengehaltes, d.h. eines Eisengehaltes, der eine Verformung des verzinkten Stahlbandes 1 ohne Schwierigkeiten zuläßt, wird vorteilhaft zusätzlich zur Feststellung und Regelung der Durchreaktion mit einer on-line-Röntgenfluoreszenzmessung mit Hilfe des Meßgerätes 16 der Eisengehalt der Fe-Zn-Schicht bestimmt, vorzugsweise über die gesamte Bandbreite und auch über die gesamte Bandlänge. Dieser Istwert des Eisengehaltes der Zn-Fe-Schicht wird mit Hilfe des Reglers 19 mit einem als Führungsgröße vorgegebenen Wert des Eisengehaltes der Zn-Fe-Schicht verglichen. Eine eventuelle Regelabweichung wird über den Regler 19 durch eine Änderung der als Stellgröße dienenden Heizleistung des ersten bzw. auch des zweiten Durchlaufofens 10, 11 ausgeglichen. Ist etwa der gemessene Eisengehalt geringer als der gewünschte, wird die Heizleistung des Durchlaufofens so lange erhöht, bis die Regelabweichung Null wird oder unter einen vorgegebenen Wert abgesunken ist (Totband), wie dies anhand der Fig. 2 nachfolgend erläutert ist:To set the optimal iron content, i.e. An iron content that allows the galvanized steel strip 1 to be deformed without difficulty is advantageously determined in addition to the determination and regulation of the reaction through on-line X-ray fluorescence measurement with the aid of the measuring device 16, preferably the iron content of the Fe-Zn layer over the entire range and also over the entire length of the band. This actual value of the iron content of the Zn-Fe layer is compared with the aid of the controller 19 to a value of the iron content of the Zn-Fe layer which is predetermined as a reference variable. A possible control deviation is compensated for by the controller 19 by changing the heating power of the first or also the second continuous furnace 10, 11 which serves as a control variable. If, for example, the measured iron content is lower than the desired one, the heating power of the continuous furnace is increased until the control deviation becomes zero or has dropped below a predetermined value (dead band), as explained below with reference to FIG. 2:
Der Verlauf I gibt den Zusammenhang zwischen Fe-Gehalt der Zn-Fe-Schicht und Heizleistung an. Dieser wird empirisch ermittelt und z.B. als formelmäßiger Zusammenhang oder in Tabellenform dem Regelungsrechner (Regler 19) zur Verfügung gestellt.The course I indicates the relationship between the Fe content of the Zn-Fe layer and the heating power. This is determined empirically and e.g. made available to the control computer (controller 19) as a formula or as a table.
Verhält sich das Stahlband 1 genau entsprechend dem Verlauf I, so erreicht man mit der Leistungseinstellung Pi den gewünschten Sollwert des Fe-Gehaltes Fei (Punkt A). Verhält sich das Band etwas unterschiedlich, z.B. nach Verlauf II, durch unbeabsichtigte Veränderungen von Verfahrensparametem, wie z.B. Drift der Umgebungstemperatur, Drift in der Transformatorenleistung bei elektrischer Heizung der Durchlauföfen oder bei Auftreten sonstiger Störungen, so ergibt sich am Band ein Fe-Gehalt Fe2, der vom Sollwert Fei abweicht (Punkt B).If the steel strip 1 behaves exactly according to the course I, the desired setpoint of the Fe content Fei (point A) is achieved with the power setting Pi. The band behaves somewhat differently, e.g. according to course II, due to unintentional changes in process parameters, e.g. If the ambient temperature drifts, if the transformer power drifts when the continuous furnaces are electrically heated or if other faults occur, the strip contains an Fe content Fe2 which deviates from the setpoint Fei (point B).
Die Heizleistung wird nun z.B. in Abhängigkeit von der Steigung dP/dFe im Punkt A' des Verlaufes I verändert, z.B. um den WertThe heating output is now e.g. changed depending on the slope dP / dFe at point A 'of the course I, e.g. for value
dP k .- . ÄFe äFe Für den Verstärkungsfaktor k = 1 ist die geänderte Leistung im Bild mit P2 eingezeichnet. Es ergibt sich ein verbesserter Wert des Fe-Gehaltes (Punkt C). Die Regelung erfolgt, solange eine Regelabweichung festgestellt wird (Fe-Gehalt * Fei).dP k .-. ÄFe äFe For the gain factor k = 1, the changed power is shown in the figure with P2. The result is an improved value of the Fe content (point C). The regulation takes place as long as a system deviation is determined (Fe content * Fei).
Ungleichmäßige Fe-Gehaltsprofile über die Bandbreite können durch verschiedene Effekte entstehen: 1) ungleichmäßige Beschichtungsdicke 2) Querwölbung des Bandes 3) Bandprofil 4) ungleichmäßige Heizleistung über die Bandbreite 5) ungleichmäßige Temperaturverteilung über die Bandbreite beim Eintritt des Bandes in den Galvannea- lingofen usw.Uneven Fe content profiles over the bandwidth can result from various effects: 1) uneven coating thickness 2) transverse curvature of the belt 3) belt profile 4) uneven heating power over the belt width 5) uneven temperature distribution over the belt width when the belt enters the galvannealing furnace, etc.
Primär ist die Beschichtungsdicke innerhalb enger Toleranzen gleichmäßig über die Bandbreite einzustellen (bekannte Verfahren zur Schichtdickenregelung). Trotz gleichmäßiger Schichtdicke über die Bandbreite entsteht durch die Ursachen 2) bis 5) usw. ein ungleichmäßiger Fe-Gehalt über die Bandbreite. Der Einfluß ungleichmäßiger Wärmeeinbringung in das Stahlband 1 kann z.B. zu dem in Fig. 3 dargestellten Fe-Gehalt führen, obwohl die Beschichtungsdicke gleichmäßig über die Bandbreite ist.Primarily, the coating thickness must be set evenly across the range within narrow tolerances (known methods for regulating the layer thickness). Despite the uniform layer thickness over the bandwidth, causes 2) to 5) etc. cause an uneven Fe content over the bandwidth. The influence of uneven heat input into the steel strip 1 can e.g. lead to the Fe content shown in Fig. 3, although the coating thickness is uniform over the range.
Gewünscht werden aber eine möglichst gleichmäßige Beschichtungsdicke und ein gleichmäßiger Fe-Gehalt über die Bandbreite (und -länge).However, a coating thickness that is as uniform as possible and a uniform Fe content over the bandwidth (and length) are desired.
Durch Reduktion der Heizleistung der Durchlauföfen 10, 11 in Heizzonen 12, die hauptsächlich auf die Bandmitte wirken, oder durch Erhöhung der Heizleistung in Heizzonen 12', die hauptsächlich auf die Bandränder wirken, kann die Gleichmäßigkeit des Fe-Gehaltes über die Bandbreite verbessert sowie die Durchreaktion über die gesamte Bandbreite sichergestellt werden. 5By reducing the heating power of the continuous furnaces 10, 11 in heating zones 12, which mainly act on the belt center, or by increasing the heating power in heating zones 12 ', which mainly affect the belt edges, the uniformity of the Fe content over the bandwidth can be improved as well Full reaction across the entire range can be ensured. 5
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