AT500686A1 - METHOD FOR THE HEAT TREATMENT OF A METAL STRIP BEFORE A METALLIC COATING - Google Patents
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Description
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(33 011) II(33 011) II
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallbandes vor einer metallischen Beschichtung, wobei das Metallband in einer reduzierenden, wasserstoffhaltigen Schutzgasatmosphäre geglüht wird.The invention relates to a method for heat treatment of a metal strip in front of a metallic coating, wherein the metal strip is annealed in a reducing, hydrogen-containing inert gas atmosphere.
Zur Vorbehandlung von kaltgewalzten Stahlbändern für ein nachfolgendes Verzinken werden die Stahlbänder in einer wasserstoffhaltigen Schutzgasatmosphöre geglüht, und zwar in Glühöfen, die mit Hilfe von Strahlrohren beheizt werden. Diese reduzierende Wärmebehandlung der Stahlbänder, die vor dem Verzinken gekühlt und gegebenenfalls überaltert werden, kann jedoch die für höhere Ansprüche erforderliche Benetzung der Bandoberfläche im Zinkbad in Abhängigkeit von der jeweiligen Stahlanalyse nicht immer sichergestellt werden, was in weiterer Folge die Haftung der Zinkschicht beeinträchtigt.For the pretreatment of cold-rolled steel strips for subsequent galvanizing, the steel strips are annealed in a hydrogen-containing inert gas atmosphere, in annealing furnaces that are heated by means of radiant tubes. However, this reducing heat treatment of the steel strips, which are cooled and optionally überaltert before galvanizing, but the required for higher demands wetting the strip surface in the zinc bath depending on the respective steel analysis can not always be ensured, which subsequently adversely affects the adhesion of the zinc layer.
Zur Verbesserung der Benetzbarkeit und damit der Haftung der Zinkschicht auf den zu verzinkenden Stahlbändern ist es darüber hinaus bekannt, die Stahlbänder zunächst in einer oxidierenden Atmosphäre vorzuwärmen, um im Anschluß an diese oxidierende Vorwärmung die Oxide, die der Benetzbarkeit und der Haftfähigkeit entgegenstehen, in einer Schutzgasatmosphäre wieder zu reduzieren. Abgesehen davon, daß ein solches zweistufiges Behandlungsverfahren durch ein Vorwärmen in einer oxidierenden Atmosphäre und ein anschließendes Blankglühen mit einem erheblichen Verfahrensaufwand verbunden ist, sind die Behandlungsergebnisse insbesondere hinsichtlich der Benetzungsfähigkeit der Bandoberfläche trotz des Mehraufwandes durch das Vorwärmen in einer oxidierenden Atmosphäre nicht immer zufriedenstellend.To improve the wettability and thus the adhesion of the zinc layer on the steel strips to be galvanized, it is also known to first preheat the steel strips in an oxidizing atmosphere, in order to prevent the oxidizing preheating of the oxides, the wettability and adhesiveness in a To reduce the protective gas atmosphere again. Apart from the fact that such a two-stage treatment process by preheating in an oxidizing atmosphere and a subsequent bright annealing is associated with a considerable process outlay, the treatment results, in particular with regard to the wetting ability of the strip surface despite the additional expense of preheating in an oxidizing atmosphere are not always satisfactory.
Die bei den verschiedenen Verfahren aufgezeigten Mängel treten nicht nur beim Verzinken von Stahlbändern, sondern grundsätzlich bei allen Metallbändern auf, die mit einer metallischen Beschichtung versehen werden sollen, sei es in einer Metallschmelze oder in einem elektrolytischen Bad.The deficiencies identified in the various processes occur not only in the galvanizing of steel strips, but in principle in all metal strips to be provided with a metallic coating, be it in a molten metal or in an electrolytic bath.
□ qo / nc »n» un i e « nn roü /ru ktd oonm ·· · » · · » · · ♦ ··· ···· • · -2·-□ qo / nc »n» un ine rou / ru ktd oonm ··· »· · · · · · ··· ···· • · -2 · -
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art zur Wärmebehandlung eines Metallbandes vor einer metallischen Beschichtung so auszugestalten, daß vor allem die Benetzungsfähigkeit der Bandoberfläche als wesentliche Voraussetzung für eine gute Haftung der Beschichtung verbessert werden kann.The invention is therefore based on the object, a method of the type described for the heat treatment of a metal strip in front of a metallic coating in such a way that especially the wetting ability of the strip surface can be improved as essential for good adhesion of the coating.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß das Metallband in einer Schutzgasatmosphäre mit einem Volumsverhältnis von Wasserstoff zu Wasserdampf von wenigstens 4000 geglüht wird.The invention achieves the stated object in that the metal strip is annealed in a protective gas atmosphere with a volume ratio of hydrogen to water vapor of at least 4000.
Aufgrund der Anhebung der unteren Grenze des Volumsverhältnisses von Wasserstoff zu Wasserdampf auf einen Mindestwert von 4000 wird eine erheblich gesteigerte Reduktionswirkung durch die Schutzgasatmosphäre mit der Folge erzielt, daß sich nicht nur mit Ausnahme von Aluminium die sauerstoffaffinen Legierungselemente des Metallbandes in einem geringeren Ausmaß an der Bandoberfläche anreichern, sondern auch diese Ausscheidungen feindispers über die Oberfläche verteilt sind. Es ergibt sich somit durch das erfindungsgemäße Blankglühen eine Oberflächenstruktur, die eine vorteilhafte Voraussetzung für das Benetzungsverhalten des Metallbandes in der Metallschmelze darstellt. Dies bedeutet, daß in vielen Fällen auf ein oxidierendes Vorwärmen zur Vorbereitung einer späteren Oberflächenstruktur des Metallbandes verzichtet werden kann, ohne eine Einschränkung hinsichtlich der Benetzbarkeit oder der Haftfähigkeit in Kauf nehmen zu müssen. Selbstverständlich ist aber auch ein Vorwärmen in einer oxidierenden Atmosphäre als Vorbehandlung möglich, wobei durch die erhöhte Reaktionswirkung des Glühgases beim anschließenden Blankglühen aufgrund des Volumsverhältnisses von Wasserstoff zu Wasserdampf von wenigstens 4000 die Reduktion der entstandenen Oxidschicht erheblich erleichtert wird.Due to the raising of the lower limit of the volume ratio of hydrogen to water vapor to a minimum value of 4000, a significantly increased reduction effect is achieved by the protective gas atmosphere, with the result that not only with the exception of aluminum, the oxygen affinity alloy elements of the metal strip to a lesser extent on the strip surface but also these excretions are finely dispersed across the surface. Thus, by the bright annealing according to the invention, a surface structure is produced which represents an advantageous prerequisite for the wetting behavior of the metal strip in the molten metal. This means that in many cases it is possible to dispense with an oxidizing preheating in preparation of a later surface structure of the metal strip, without having to accept any restrictions with regard to wettability or adhesiveness. Of course, however, a preheating in an oxidizing atmosphere as a pretreatment is possible, the reduction of the resulting oxide layer is greatly facilitated by the increased reaction effect of the annealing gas in the subsequent bright annealing due to the volume ratio of hydrogen to water vapor of at least 4000.
Da herkömmliche Glühöfen zur Wärmebehandlung eines Metallbandes vor seiner metallischen Beschichtung in einer Schmelze oder in einem elektrolytischen Bad nur einen begrenzten Wasserstoffgehalt in der reduzierenden Schutzgasatmosphä- ηo/nc 'ηi un 1 e # nn r ei? /uy km oonm i · · · • M · · · · • · • · -3#- ’ • t • · re aufweisen und dieser beschränkte Wasserstoffgehalt für das angestrebte Volumsverhältnis von Wasserstoff zu Wasserdampf zu Taupunkten führt, die mit solchen Glühöfen nicht erreicht werden können, werden zur erfindungsgemäßen Wärmebehandlung Muffelöfen mit mehreren nebeneinandergereihten Muffeln vorgesehen, in denen der Wasserstoffgehalt der Schutzgasatmosphäre bis 100 % (106ppm) eingestellt werden kann. Mit solchen Muffeln kann außerdem ein Taupunkt bis -70 C° (2,5 ppm) erreicht werden, so daß durch die Einstellung des Wasserstoffgehaltes und des Taupunktes ein Volumsverhältnis von Wasserstoff zu Wasserdampf bis 400000 verwirklicht werden kann.Since conventional annealing furnaces for the heat treatment of a metal strip in front of its metallic coating in a melt or in an electrolytic bath have only a limited hydrogen content in the reducing protective gas atmosphere ηo / nc 'ηi un 1 e nn n r ei? and this limited hydrogen content leads to the desired volumetric ratio of hydrogen to water vapor to dew points, which does not occur with such annealing furnaces can be achieved, muffle furnaces are provided with a plurality of juxtaposed muffles for heat treatment according to the invention, in which the hydrogen content of the inert gas atmosphere can be adjusted to 100% (106ppm). With such muffles also a dew point to -70 C ° (2.5 ppm) can be achieved, so that by adjusting the hydrogen content and the dew point, a volume ratio of hydrogen to steam up to 400,000 can be realized.
Von den gegenüber dem übrigen Ofenraum gasdicht abgeschlossenen Muffeln kann wenigstens eine Muffel gegenüber den anderen mittels einer Bandschleuse ebenfalls gasdicht abgeschlossen werden, um im Bereich dieser Muffel von den übrigen Muffeln gesonderte Behandlungen des Metallbandes vornehmen zu können. Dies kann durch das Zuführen von besonderen Reaktionsgasen im Rahmen der reduzierenden Schutzgasatmosphäre geschehen, aber auch zum oxidierenden Vorwärmen des Metallbandes ausgenützt werden, dann nämlich, wenn die einlaufseitige Muffel gegenüber den in Banddurchlaufrichtung nachfolgenden Muffeln durch eine Bandschleuse gasdicht abgeschlossen und mit einer entsprechenden oxidierenden Atmosphäre beaufschlagt wird.Of the relative to the other furnace chamber gas-tightly closed muffles at least one muffle compared to the other by means of a belt lock also be sealed gas-tight to make in the area of this muffle of the other muffles separate treatments of the metal strip can. This can be done by supplying special reaction gases in the context of reducing inert gas atmosphere, but also exploited for oxidizing preheating of the metal strip, namely, when the inlet side muffle over the subsequent muffle in tape passage direction by a belt lock gas-tight and subjected to a corresponding oxidizing atmosphere becomes.
Eine andere Möglichkeit, eine oxidierende Vorbehandlung des Metallbandes innerhalb des Glühofens sicherzustellen, besteht darin, den Muffelofen mit einem einlaufseitigen muffellosen Ofenabschnitt zu versehen, in dem die oxidierende Atmosphäre vorliegt, die zugleich zum Erwärmen des Metallbandes auf die Behandlungstemperatur genützt werden kann.Another way to ensure an oxidizing pretreatment of the metal strip within the annealing furnace is to provide the muffle furnace with an inlet-side muffle-free furnace section in which the oxidizing atmosphere is present, which can also be used for heating the metal strip to the treatment temperature.
Anhand der Zeichnung wird das Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallbandes vor einer metallischen Beschichtung in einer Metallschmelze oder in einem elektrolytischen Bad näher erläutert. Es zeigen in »m ·· · » · · · ··♦ ···< -4*-With reference to the drawing, the method for heat treatment of a metal strip before a metallic coating in a molten metal or in an electrolytic bath is explained in detail. They show in »m ·· ·» · · · · · · · ··· < -4 * -
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Glühofen zur Wärmebehandlung eines Metallban-des vor einer metallischen Beschichtung in einem vereinfachten Längsschnitt,1 shows an annealing furnace according to the invention for the heat treatment of a Metallban des in front of a metallic coating in a simplified longitudinal section,
Fig. 2 einen Schnitt der Linie II - II der Fig. 1 in einem größeren Maßstab,2 is a section of the line II - II of FIG. 1 on a larger scale,
Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer Konstruktionsvariante eines erfindungsgemäßen Glühofens,3 shows a representation corresponding to FIG. 1 of a construction variant of a furnace according to the invention, FIG.
Fig. 4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Glühofens in einem Längsschnitt undFig. 4 shows a further embodiment of a furnace according to the invention in a longitudinal section and
Fig. 5 den Glühofen nach der Fig. 4 in einem Schnitt nach der Linie V - V in einem größeren Maßstab.Fig. 5 shows the annealing furnace of FIG. 4 in a section along the line V - V in a larger scale.
Der Glühofen gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 weist ein Gehäuse 1 mit mehreren nebeneinandergereihten Muffeln 2 auf, die im Deckenbereich an das Gehäuse 1 gasdicht angeflanscht sind und mit ihren unteren Enden in Ölringdichtungen 3 eingreifen. Diese Ölringdichtungen 3 sind in einem vorzugsweise gegenüber dem Gehäuse 1 absenkbaren Sockel 4 vorgesehen, über den das zu behandelnde, strichpunktiert angedeutete Metallband 5 durch eine gasdichte Bandschleuse 6 in den Ofen einläuft. Über Umlenktrollen 7 im Sockelbereich und Umlenkrollen 8 im Bereich von Abdeckhauben 9 der Muffeln 2 wird das Metailband 5 mäanderförmig durch die Muffeln 2 nach oben und unten geführt, um den Glühofen über eine Bandschleuse 6 im Sockel 4 wieder zu verlassen und in einen herkömmlichen Bandkühler mit einer Schutzgasatmosphäre einzutreten, der aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt ist. Zum Beheizen der Muffeln 2 von außen sind Brenner 10 vorgesehen, die gemäß der Fig. 2 angenähert tangential in den ringförmigen Brennraum zwischen Ofengehäuse 1 und Muffeln 2 münden, so daß um alle Muffeln 2 eine intensive Rauchgasumwälzung sichergestellt wird. Die Rauchgase werden über einen Rauchgasabzug 11 aus dem Gehäuse 1 abgezogen und über einen Rekuperator zur Vorwärmung der Verbrennungsluft einem Abgaskarmin zugeleitet. Selbstverständlich können die Muffeln 2 aber auch in anderer Weise von außen beheizt werden, beispielsweise mit Hilfe einer elektrischen Heizung. OB /ftC 'nn i/n 1 e i nn r CT? /T?if \τη oonm ·· · ·· · · ·*·* «····♦· ·· φ ·· ···#« t · • · · ······# · · • · · ♦ · ··· »· ♦·· ·· ··· ··The annealing furnace according to the embodiment of FIGS. 1 and 2 has a housing 1 with a plurality of juxtaposed muffles 2, which are flanged gas-tight in the ceiling region of the housing 1 and engage with their lower ends in oil ring seals 3. These oil ring seals 3 are provided in a preferably lowerable relative to the housing 1 base 4, via which enters the treated, dash-dotted lines indicated metal strip 5 through a gas-tight belt lock 6 in the oven. About deflection rollers 7 in the base area and pulleys 8 in the area of covers 9 of the muffles 2, the metal band 5 is meandering through the muffles 2 up and down to leave the annealing furnace via a belt lock 6 in the base 4 again and in a conventional belt cooler with to enter a protective gas atmosphere, which is not shown for reasons of clarity. For heating the muffles 2 from the outside burner 10 are provided which open approximately tangentially in FIG. 2 in the annular combustion chamber between the furnace housing 1 and muffles 2, so that all muffles 2 an intensive flue gas circulation is ensured. The flue gases are withdrawn via a flue gas outlet 11 from the housing 1 and fed via a recuperator for preheating the combustion air a Abgaskarmin. Of course, the muffles 2 can also be heated in other ways from the outside, for example by means of an electric heater. OB / ftC'nn i / n 1 i nn r CT? / T? If \ τη oonm ····································································································? ··········································
Da die Muffeln 2 gegenüber den Rauchgasen im Ofenraum außerhalb der Muffeln 2 gasdicht abgeschlossen sind, kann das Metallband 6 innerhalb der Muffeln 2 unter einer reduzierenden Schutzgasatmosphäre erwärmt und behandelt werden, in der ein Volumsverhältnis von Wasserstoff zu Wasserdampf von wenigstens 4000 bis zu 400 000 ohne Schwierigkeiten eingestellt werden kann. Die einlaufseitige Muffel 2 dient dabei zur Vorwärmung des Metallbandes 5, während in den nachfolgenden Muffeln 2 das Metallband 5 unter der vorgegebenen Behandlungstemperatur blank-geglüht wird. Aufgrund des vergleichsweise hohen Volumsverhältnisses zwischen Wasserstoff und Wasserdampf ergibt sich eine oxidfreie Oberfläche mit feindispersen Legierungsausscheidungen, was die Benetzbarkeit des so behandelten Metallbandes für eine nachfolgende metallische Beschichtung erheblich verbessert, so daß mit einer solchen Vorbehandlung eine gute Haftfähigkeit der Metallbeschichtung auch bei sonst schwierig zu beschichtenden Metallegierungen erreicht werden kann.Since the muffles 2 are sealed off from the flue gases in the furnace chamber outside the muffles 2, the metal strip 6 can be heated and treated within the muffles 2 under a reducing protective gas atmosphere in which a volume ratio of hydrogen to water vapor of at least 4000 to 400 000 without Difficulties can be set. The inlet-side muffle 2 serves to preheat the metal strip 5, while in the following muffles 2, the metal strip 5 is bright-annealed under the predetermined treatment temperature. Due to the comparatively high volume ratio between hydrogen and water vapor results in an oxide-free surface with finely dispersed alloy precipitates, which significantly improves the wettability of the treated metal strip for a subsequent metallic coating, so that with such a pretreatment good adhesion of the metal coating even with otherwise difficult to coat Metal alloys can be achieved.
Ein Ofen der grundsätzlichen Bauart nach den Fig. 1 und 2 kann auch mit Vorteil zur Überalterung der auf etwa 400 bis 500ÖC gekühlten Metallbänder eingesetzt werden. Für das Überaltern gelten nämlich gleiche Anforderungen hinsichtlich des Wasserstoff-Wasserdampfverhältnisses der Schutzgasatmosphäre, um die während des Glühvorganges erreichte gute Bandoberfläche zu bewahren.An oven of the basic type according to FIGS. 1 and 2 can also advantageously be used to over-age the metal strips cooled to about 400 to 500 ° C. For the overaging, the same requirements apply with regard to the hydrogen / steam ratio of the protective gas atmosphere, in order to preserve the good strip surface achieved during the annealing process.
Zum Unterschied zu der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 zeigt der Glühofen gemäß der Fig. 3 eine einlaufseitige Muffel 2 die gegenüber den nachfolgenden Muffeln 2 durch eine Bandschleuse 6 gasdicht abgeschlossen ist. Dieser gasdichte Abschluß der einlaufseitigen Muffel 2 gegenüber den nachfolgenden Muffeln erlaubt eine Vorwärmung unter einer oxidierenden Atmosphäre, die in diesem Fall unabhängig von der reduzierenden Schutzgasatmosphäre in den übrigen Muffeln 2 eingestellt werden kann. Damit können im Bedarfsfall die sich durch die Oxidation während der Vorwärmung ergebenden Reaktionen zur Verbesserung der Benetzbarkeit des Metallbandes ausgenützt werden, ohne eine unvollkommene Reduktion der entstandenen Oxide befürchten zu müssen, weil das hohe Verhältnis von Wasserstoff zu Wasserdampf bis zu 400 000 die Reduktionsvorgänge vorteilhaft beein-In contrast to the embodiment according to FIGS. 1 and 2, the annealing furnace according to FIG. 3 shows an inlet-side muffle 2 which is closed in a gastight manner relative to the following muffles 2 by a belt lock 6. This gas-tight closure of the inlet-side muffle 2 with respect to the subsequent muffles allows preheating under an oxidizing atmosphere, which can be adjusted in this case, regardless of the reducing inert gas atmosphere in the remaining muffles 2. Thus, if necessary, the resulting by the oxidation during the preheating reactions to improve the wettability of the metal strip can be exploited without having to fear an imperfect reduction of the resulting oxides, because the high ratio of hydrogen to water vapor up to 400,000 the reduction processes favorably impressed -
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flußt. Wie der Fig. 3 entnommen werden kann, kann das über den Rauchgasabzug 11 aus dem Ofen abgeführte Rauchgas auch zur unmittelbaren Vonwärmung des Metallbandes 5 eingesetzt werden, das im Gegenstrom zum Rauchgas durch einen Rauchgaskanal 12 gefühlt wird. Das Sauerstoffpotential der Rauchgase kann dabei zur Einleitung der Oxidation der Bandoberfläche genützt werden.influ-. As can be seen from FIG. 3, the flue gas discharged from the furnace via the flue gas outlet 11 can also be used for direct heating of the metal strip 5, which is sensed by a flue gas channel 12 in countercurrent to the flue gas. The oxygen potential of the flue gases can be used to initiate the oxidation of the strip surface.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 und 5 weist das Gehäuse 1 auf der Einlaufseite einen muffellosen Ofenabschnitt 13 auf, so daß das in diesem Ofenabschnitt 13 geführte Metallband 5 in einer oxidierenden Atmosphäre vorgewärmt wird, die durch die Rauchgase der Brenner 10 zum Beheizen des Glühofens bestimmt wird, wie dies der Fig. 5 entnommen werden kann. Aus dem muffellosen Ofenabschnitt 13 wird das unter einer oxidierenden Atmosphäre vorgewärmte Band 5 durch eine Bandschleuse 6 in den Ofenabschnitt mit den Muffeln 2 geführt, in denen die Wärmebehandlung des Metallbandes 5 unter einer reduzierenden Schutzgasatmosphäre mit einem Volumsverhältnis von Wasserstoff zu Wasserdampf bis zu 400 000 erfolgt. Die Rauchgase aus dem Ofengehäuse 1 können wieder zur Vorwärmung und Einleitung der Oxidation des Metallbandes 5 genützt werden, wenn die Rauchgase über die Abgasleitung entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 3 durch einen Rauchgaskanal 12 geleitet werden, durch den das Metallband 5 in Gegenstrom dem Ofen zugeführt wird. In diesem Falle ist im Einlaufbereich des Sockels 4 keine Bandschleuse für den gasdichten Ofenabschluß erforderlich.According to the embodiment of FIGS. 4 and 5, the housing 1 on the inlet side a muffellosen furnace section 13 so that the guided in this furnace section 13 metal strip 5 is preheated in an oxidizing atmosphere, which is heated by the flue gases of the burner 10 for heating Annealing furnace is determined, as shown in FIG. 5 can be removed. From the muffle-free furnace section 13, the preheated under an oxidizing atmosphere band 5 is passed through a belt lock 6 in the furnace section with the muffles 2, in which the heat treatment of the metal strip 5 under a reducing inert gas atmosphere with a volume ratio of hydrogen to water vapor up to 400 000 occurs , The flue gases from the furnace housing 1 can be used again for preheating and initiation of the oxidation of the metal strip 5, when the flue gases are passed through the exhaust pipe according to the embodiment of FIG. 3 through a flue gas duct 12 through which the metal strip 5 in countercurrent to the furnace is supplied. In this case, no belt lock for the gas-tight furnace closure is required in the inlet region of the base 4.
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