Verfahren und Einrichtung zum Überziehen von eisenhaltigen Metallgegenständen mit Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum. Überziehen von eisenhalti gen Metallgegenständen, z. B. in Draht-, Band- oder Blattform, mit Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, indem die Metallgegen stände durch eine gasdichte Rohrleitung hin durch in ein Bad des geschmolzenen Alumi niums bzw. der geschmolzenen Aluminium legierung geleitet werden.
Es ist bereits ein Verfahren beschrieben worden, gemäss welchem ein Metallbaud zuerst durch einen Ofen geleitet wird, in welchem Öle und andere kohlenstoffhaltige Substanzen an der Oberfläche des Metallbandes verbrannt werden, wobei sich auf derselben ein gleich mässiger und mikroskopisch dünner Oxvdfilm bildet, worauf das Metallband durch einen Ofen mit reduzierender Atmosphäre geführt wird, in welchem der dünne Oxydfilm redu ziert wird, wobei die Oberfläche des Bandes vollständig rein und in einem für die Auf nahme des geschmolzenen 1VTetalles sehr einp- fänglichen Zustand zurückbleibt.
Das Band wird im Schutz einer neutralen oder reduzie renden Atmosphäre vom Reduktionsofen durch eine Rohrleitung in das Metallbad ge leitet, wobei keine Behandlung mit einem Flussmittel erfolgt.
Beim Überziehen von Eisenband mit Ahi- minium durch Ileisseintauchen treten trotz Anwendung einer Schutzatmosphäre Schwie rigkeiten ein, insofern als auf dem Band Filme aus einem Material, welches die Haf tung des geschmolzenen Überzugsmetalles un- günstig beeinflusst, gebildet oder abgelagert werden. Der resultierende Überzug weist nicht haftende Teile auf, deren Ausdehnung zwi schen 50 oio oder mehr der Gesamtoberfläche und der Grösse kleinster Blasen schwankt.
In diesen Teilen ist der Überzug, obwohl vorhan den, nicht fest mit, dem Grundmetall verbun den und neigt dazu, abzublättern, wenn das Metall gebogen, gekrümmt oder verformt wird. Es sind manchmal auch kleine Löcher im Überzug festzustellen.
Es war bis jetzt so, dass die Schutzatmo sphäre in der Rohrleitung, die reduzierend sein sollte, unter gewissen Umständen das Bestre ben zeigte, infolge der Einwirkung der Luft, die durchsickern kann, oder infolge der Ein wirkung der vom Band selbst abgegebenen Substanzen, leicht oxydierend zu werden. Es ist vorgeschlagen -orden, die Atmosphäre der gasdichten Rohrleitung mit einem Reinigungs mittel zu behandeln, beispielsweise mit den Dämpfen eines Metalles, welches eine grössere Affinität zu Sauerstoff besitzt als die Ober fläche des Bandes selbst.
Während eine gereinigte Atmosphäre zwar die Oxydation des Bandes verhindert, wird durch die Reinigung und andere bis jetzt ver wendete Methoden zur Überwachung der Atmo sphäre ein anderes Problem nicht gelöst. Es wurde nämlich gefunden, dass die Ursache der genannten Schwierigkeiten, vorausgesetzt, dass eine befriedigend reine Bandoberfläche vorliegt, in der Bildung von Substanzen liegt, die grösstenteils, wenn nicht vollständig, durch Reaktion des Bades selbst oder des verdamp- ten Metalles aus dem Bad mit den Bestand teilen der Atmosphäre entstehen.
Diese Sub stanzen haften am Band und verhindern eine richtige Vereinigung mit dem LTberzugsmetall. Ein Teil dieser Substanzen kann in der Atmo sphäre über dem Bad entstehen und sich auf die freien Oberflächen des Bandes ab setzen, bevor dieses in das Bad eintritt.
Der grössere Teil dieser Substanzen scheint jedoch einen auf dem Bad schwimmenden Schaum oder eine Schicht zu bilden, die bei Berüh rung mit dem Band an dessen Flächen an haftet und durch das Band in das Bad mit- geführt wird, wobei die oben erwähnten Feh ler entstehen.
Unter diesen Substanzen befinden sich Nitride, die durch Umsetzung des Bades mit Stickstoff, der einen Teil der Schutzatmo sphäre bildet oder aus Versehen in diese ein dringt, entstehen. Gewisse Schutzatmosphären sind reich an Stickstoff, wie im Fall der Ver wendung eines freien Wasserstoff enthalten den Gases, welches durch Spaltung von Am moniak gebildet wird. Oxyde und Hydroxyde, die durch Umsetzung mit Wasserdampf ent stehen, und andere Substanzen können eben falls vorhanden sein.
Es wurde festgestellt, dass es möglieh ist, auf der Oberfläche des Baders einen Belag zu bilden, der von pulveriger Natur ist, jedoch am Band nicht festhaftet. Es zeigt sich, dass dieser Belag mindestens in einem sehr hohen Masse die Umsetzung zwischen dem Bad und den Bestandteilen der Atmosphäre verhind(,-rt und die Wirklusg der Nitride, Oxyde und an derer möglicherweise entstehender Substan zen aufhebt und diese gegenüber dem Band nichthaftend macht.
Es wurde beispielsweise gefunden, dass es möglich ist, auf der Oberfläche eines Alumi niumbades eine in der Hauptsache aus pulve rigem Natriumaluminat bestehende Schicht zu bilden, die am vorbeigehenden Band nicht an haftet und die das Aluminium daran hindert, eine schädliche Schicht zu bilden.
Die Erzeugung einer derartigen Schicht ist durch Zusatz von metallischem Natrium zum Bad nicht durchführbar, da geschmolze- nes Natrium auf der Oberfläche des Bades schwimmen und beim Berühren des Bandes dieses unter dem Aluminium in dünner Schicht überziehen würde. Würde das heisse überzogene Band aus dem Bad in die Luft austreten, so würde eine rasche Oxydation und infolgedessen eine Zerstörung der beiden Überzüge eintreten. Versuche, das Bad mit Natriums zu desoxydieren, haben sich als un wirksam erwiesen.
Anderseits ist dass blosse Mischen von Na triummetalldämpfen mit der Atmosphäre in der gasdichten Rohrleitung für. die meisten Zwecke unwirksam, ausser für die Desoxydie- rung oder Reinigung der Atmosphäre, wobei jedoch das bereits erwähnte Problem nicht gelöst wird. Unter diesen Bedingungen bildet sich keile wirksamer Belag aus Natriumalumi- nat auf der Oberfläche des Bades.
Es wurde nun gefunden, dass eisenhaltige Metallgegenstände mit Aluminium oder einer Aluminiumlegierung überzogen werden kön nen, indem die Metallgegenstände durch eine gasdichte Rohrleitung hindurch in ein Bad des geschmolzenen Aluminiums bzw. der ge schmolzenen Aluminiumlegierung geleitet wer den,
sofern in der gasdichten Rohrleitung eine gegenüber eisenhaltigen Metallen praktisch nicht oxydierende Schutzatmosphäre aufrecht erhalten wird und zwischen die Oberfläche des genannten Metallbades und der genannten Schutzatmosphäre eine Alkalimetalldampf ent haltende Atmosphäre eingefügt wird.
Unter den genannten Bedingungen kann sich auf der Oberfläche des Aluminiumbades der ge- wünschte Belag bilden, der sieh fortwährend erneuert, ohne dass dabei die Bildung oder Kondensation einer schwimmenden Schicht von flüssigem Alkalimetall auf dem Bad er folgt.
Die Erzeugung der Alkalimetälldämpfe, beispielsweise Natriumdampf, wird zwück- mässigerweise zwischen der Oberfläche des Bades und der Zufuhrstelle der Schutzatmo sphäre (die sich gewöhnlich im untern Teil der gasdichten Rohrleitung in der Nähe der Glocke befindet) erfolgen, andernfalls die Natriumdämpfe durch die Schutzatmosphäre ungebührlich verdünnt würden.
Werden die Natriumdämpfe an einer andern Stelle ent wickelt und in die gasdichte Rohrleitung oder Glocke eingeführt, so ist. es zweckmässig-, da für Sorge zu tragen, dass eine Vermischung der Dämpfe mit der Atmosphäre der gasdich ten Rohrleitung und das Auftreten unnötiger Wirbel innerhalb der gasdichten Rohrleitung möglichst verhindert wird.
Es wurde gefunden, dass die für (las vor liegende Verfahren erforderlichen Bedingun gen in sehr zweckmässiger Weise hergestellt werden können, wenn in der gasdichten Rohr leitung ein die zu überziehenden Metallgegen stände, z. B. ein Band, umgebender Behälter mit offener Oberseite oder zu beiden Seiten des Bandes getrennte Behälter angebracht werden. In diese Behälter kann von Zeit zu Zeit metallisches Natrium eingeführt werden, welches mittels der durch die Behälter übe- mittelte Hitze des Bades geschmolzen und langsam verdampft wird. Ein einzelner Be hälter hat den Vorteil, dass nur eine Vorrich tung zum Einführen des Natriums vorgesehen werden muss.
Werden Bandmaterialien be arbeitet, so scheint es erforderlich zu sein, auf beiden Seiten des Bandes Verdampfer anzu bringen, da sonst die Ausbreitung der Na triumdämpfe mehr oder weniger auf die eine Seite des Bandes beschränkt bleibt. Die offene Oberseite des Behälters oder der Behälter kann in nächster Nähe der innerhalb der gas dichten Rohrleitung liegenden Oberfläche des Baden angeordnet -erden, wobei die Entwick lung der Natriumdämpfe an dieser Stelle den Zwecken der vorliegenden Erfindung dient, wie dies oben beschrieben wurde.
Die offene Oberseite des Behälters befindet sich vorteil- hafterweise unterhalb des Einlasses für die Zufuhr der Schutzatmosphäre in die gasdiehte Rohrleitung.
In der beiliegenden Zeichnung ist eine Ein richtung zur Durchführung des erfindungs gemässen Verfahrens beispielgveise dargestellt- 1 ist ein Gefäss für das geschmolzene Über- zu;gsmetall, beispielsweise für geschmolzenes Aluminium 2.
Das Band 9, welches in diesem Beispiel aus einem Reduzierofen kommt, läuft durch eine gasdichte Rohrleitung 4, in welcher es durch eine reduzierende Atmosphäre, bei spielsweise durch Spaltprodukte des Aznmo- niaks, geschützt wird, tritt in das Bad ein und läuft um eine Scheibe 3, so dass das Band ausserhalb der gasdichten Rohrleitung aus dem Bad austritt. Diese Rohrleitung läuft in einer Glocke 5 aus, deren Kranz unter die Ober fläche des geschmolzenen Aluminiums reicht.
Ein Einilass für die Schutzatmosphäre ist bei 6 in der Nähe des untern Endes der gasdich ten Rohrleitung angegeben.
Die Glocke wird derart konstruiert, dass ein das Band umgebender Behälter mit offe ner Oberseite entsteht, und zwar indem die Metallwände der Glocke nach innen f,-ebogen werden, wie bei 7 und 8, und indem im Innern der Glocke ein nach oben reichender kragen ähnlicher Teil 10 angebracht wird. Diese Teile werden zusammengesehweisst oder sonstwie aneinander befestigt, so dass die Clocken-#vände und die Teile 7, 8 und 10 einen nach oben geöffneten, das Band umgebenden Behälter bilden.
Das geschmolzene Aluminium erstreckt sich derart innerhalb den Kragenteil 10, dass die Oberfläche des Aluminiums nahe an das obere Ende des Kragenteils zu liegen kommt.
Natriummetall wird durch das offene Ende des Behälters in dieses eingeführt, in welchem es alsdann infolge Wärmeaustauseh- beziehung mit dem geschmolzenen Metallbad schmilzt und sich ausbreitet, wobei der Boden des Behälters bedeckt wird.
Das Natrium ver dampft allmählieh. Es sei bemerkt, dass die Dämpfe in nächster Nähe der Oberfläche des getschmdlzenen Alluminiu@m;s entwickelt, wer- ; den, und dass in der beschriebenen Apparatur die schweren Natriumdämpfe nach unten ge gen die Oberfläche des Aluminiumbades strö men. Das im Behälter befindliehe Natrium metall ist mit 1.1 bezeichnet.
Um das Natrium in den Behälter einzufüh ren, wie dies von Zeit zu Zeit nötig ist, wird bevorzugt erweise eine Leitung 12 angebracht, die mit zwei Ventilen 13 und 14 ausgerüstet ist. Die Anwendung von zwei sich schnell<B>öff-</B> nenden Ventilen in Serie ermöglicht. die Ein- führung des Natriums, ohne dass dabei Luft in die Glocke nachgezogen wird.
Das Natrium wird bevorzugterweise in fester Form als Stücke oder Kügelchen geeigneter Grösse ein geführt, obwohl es gewünschtenfalls vor der Einführung auch in den flüssigen Zustand übergeführt werden kann.
Infolge der in der beschriebenen Apparatur erfolgenden Verflüs sigung des Natriums erübrigt sich die Vor- verflüssigang desselben, wobei die Hand habung von flüssigem Natrium in Röhren oder Leitungen, in welchen es erstarren und Verstopfungen verursachen kann, vermieden wird. Selbstverständlich stehen .die Rohr leitung 4 und. die Glocke ä miteinander in Verbindung, sind jedoch gegen die Aussenluft verschlossen, wobei das Bad als Abschlluss für das untere Ende .der Glocke dient.
Die Erfindung ist nicht auf das Über ziehen besonderer Metallgegenstände be schränkt, sondern lässt sich zum Überziehen fron Draht, Blättern und selbst von individuell geformten Artikeln anwenden, wobei im Falle von Blättern oder Einzelartikeln selbstver- ständlich Mittel zur Beförderung derselben durch die gasdichte Rohrleitung und die Glocke, in das Bad und aus demselben heraus vorgesehen sind.
Die vorliegende Erfindung ist im Zusam menhang mit der Verwendung von Natrium beschrieben worden. Es hat sich jedoch er wiesen, dass alle Alkalimeta'lle, sofern sie in geeigneter Weise angewendet werden, über dem Bad einen Schutzdampf und auf dem Bad einen pulverigen Belag zu bilden ver mögen, welcher gegenüber den Blättern, Bän dern oder Artikealn kein Haftvermögen auf weist und -welcher die Eigenschaft besitzt, die Bildung schädlicher, anhaftender Substanzen,
die die Haftung des geschmolzenen Metalles auf dem Basismetall schädlich beeinflussen würden, zu verhindern. Kalium und Lithium, beispielsweise, eignen sich sehr gut für die Zwecke der Erfindung.
Method and device for coating ferrous metal objects with aluminum or an aluminum alloy. The present invention relates to a method for. Coating of iron-containing metal objects, e.g. B. in wire, tape or sheet form, with aluminum or an aluminum alloy by the metal objects are passed through a gas-tight pipeline through in a bath of the molten aluminum or the molten aluminum alloy.
A method has already been described according to which a metal structure is first passed through a furnace in which oils and other carbonaceous substances are burned on the surface of the metal strip, on which a uniform and microscopically thin oxide film is formed, whereupon the metal strip is passed through a furnace with a reducing atmosphere, in which the thin oxide film is reduced, leaving the surface of the strip completely clean and in a very sensitive state for the absorption of the molten metal.
In the protection of a neutral or reducing atmosphere, the strip is passed from the reduction furnace through a pipe into the metal bath, without being treated with a flux.
When iron strip is coated with aluminum by immersion in iron, despite the use of a protective atmosphere, difficulties arise insofar as films made of a material that adversely affects the adhesion of the molten coating metal are formed or deposited on the strip. The resulting coating has non-adherent parts, the extent of which varies between 50,000 or more of the total surface and the size of the smallest bubbles.
In these parts, the coating, although present, is not firmly connected to the base metal and tends to peel off when the metal is bent, bent or deformed. Sometimes there are also small holes in the coating.
Until now, the protective atmosphere in the pipeline, which was supposed to be reducing, showed a tendency under certain circumstances, as a result of the action of the air that can seep through, or of the action of the substances released by the tape itself to become oxidative. It is proposed to treat the atmosphere of the gas-tight pipeline with a cleaning agent, for example with the vapors of a metal which has a greater affinity for oxygen than the surface of the belt itself.
While a cleaned atmosphere prevents the strip from oxidizing, cleaning and other methods used to monitor the atmosphere do not solve another problem. It has been found that the cause of the difficulties mentioned, provided that a satisfactorily clean strip surface is present, lies in the formation of substances which for the most part, if not completely, are caused by reaction of the bath itself or the evaporated metal from the bath the components of the atmosphere are created.
These substances adhere to the tape and prevent proper union with the coating metal. Some of these substances can arise in the atmosphere above the bath and settle on the free surfaces of the belt before it enters the bath.
The greater part of these substances, however, seems to form a foam floating on the bath or a layer which, when it comes into contact with the tape, adheres to the surface of the bath and is carried along by the tape into the bath, causing the above-mentioned errors .
These substances include nitrides, which are created by reacting the bath with nitrogen, which forms part of the protective atmosphere or accidentally penetrates it. Certain protective atmospheres are rich in nitrogen, as in the case of the use of a free hydrogen containing the gas that is formed by the cleavage of ammonia. Oxides and hydroxides, which are formed by reaction with water vapor, and other substances can also be present.
It has been found that it is possible to form a coating on the surface of the bath that is powdery in nature but does not adhere to the tape. It turns out that this coating prevents the reaction between the bath and the constituents of the atmosphere, at least to a very high degree, and removes the effects of the nitrides, oxides and other substances that may arise and makes them non-adhesive to the tape .
For example, it has been found that it is possible to form a layer consisting mainly of powdered sodium aluminate on the surface of an aluminum bath, which does not adhere to the passing tape and which prevents the aluminum from forming a harmful layer.
Such a layer cannot be created by adding metallic sodium to the bath, since molten sodium floats on the surface of the bath and, if the strip is touched, would cover it in a thin layer under the aluminum. If the hot, coated tape were to escape into the air from the bath, rapid oxidation and consequent destruction of the two coatings would occur. Attempts to deoxidize the bath with sodium have proven ineffective.
On the other hand, the mere mixing of sodium metal vapors with the atmosphere in the gas-tight pipeline is for. ineffective for most purposes, except for deoxidizing or cleaning the atmosphere, although the problem mentioned above is not solved. Under these conditions, a wedge of effective sodium aluminate coating forms on the surface of the bath.
It has now been found that iron-containing metal objects can be coated with aluminum or an aluminum alloy by passing the metal objects through a gas-tight pipeline into a bath of the molten aluminum or the molten aluminum alloy,
provided that a protective atmosphere which is practically non-oxidizing with respect to ferrous metals is maintained in the gas-tight pipeline and an atmosphere containing alkali metal vapor is inserted between the surface of said metal bath and said protective atmosphere.
Under the conditions mentioned, the desired coating can form on the surface of the aluminum bath, which is continually renewed without the formation or condensation of a floating layer of liquid alkali metal on the bath.
The alkali metal vapors, for example sodium vapor, are generated between the surface of the bath and the supply point of the protective atmosphere (which is usually in the lower part of the gas-tight pipeline near the bell), otherwise the sodium vapors are unduly diluted by the protective atmosphere would.
If the sodium vapors are developed elsewhere and introduced into the gas-tight pipeline or bell, so is. It is advisable to ensure that mixing of the vapors with the atmosphere of the gas-tight pipeline and the occurrence of unnecessary eddies within the gas-tight pipeline is prevented as far as possible.
It has been found that the conditions required for the present process can be established in a very expedient manner if a container with an open top or closed surrounding the metal objects to be covered, e.g. a band, is in the gas-tight pipe Metallic sodium can be introduced into these containers from time to time, which is melted and slowly evaporated by means of the heat of the bath transmitted through the container. A single container has the advantage that only a device for introducing the sodium must be provided.
If tape materials are being processed, it seems to be necessary to install evaporators on both sides of the tape, otherwise the spread of sodium vapors remains more or less limited to one side of the tape. The open top of the container or containers can be placed in close proximity to the surface of the bath located within the gas-tight pipeline, the development of the sodium vapors at this point serving the purposes of the present invention, as described above.
The open top of the container is advantageously located below the inlet for the supply of the protective atmosphere into the gas-tight pipeline.
A device for carrying out the method according to the invention is shown by way of example in the accompanying drawing. 1 is a vessel for the molten metal overlay, for example for molten aluminum 2.
The belt 9, which in this example comes from a reducing furnace, runs through a gas-tight pipe 4, in which it is protected by a reducing atmosphere, for example by decomposition products of the aznmoniaks, enters the bath and runs around a disk 3, so that the tape emerges from the bath outside the gas-tight pipeline. This pipeline runs out in a bell 5, the rim of which extends under the upper surface of the molten aluminum.
An inlet for the protective atmosphere is indicated at 6 in the vicinity of the lower end of the gas-tight pipeline.
The bell is constructed in such a way that an open-topped container surrounding the belt is created by bending the metal walls of the bell inwards, as in 7 and 8, and by having an upwardly extending collar inside the bell similar part 10 is attached. These parts are welded together or otherwise fastened to one another so that the clock walls and the parts 7, 8 and 10 form a container which is open at the top and surrounds the band.
The molten aluminum extends within the collar part 10 such that the surface of the aluminum comes close to the top of the collar part.
Sodium metal is introduced into the container through the open end of the container, in which it then melts and expands as a result of heat exchange relationship with the molten metal bath, thereby covering the bottom of the container.
The sodium gradually evaporates. It should be noted that the vapors are evolved in close proximity to the surface of the molten aluminum; and that in the apparatus described, the heavy sodium vapors flow downwards against the surface of the aluminum bath. The sodium metal located in the container is denoted by 1.1.
In order to introduce the sodium into the container, as is necessary from time to time, a line 12 which is equipped with two valves 13 and 14 is preferably attached. The use of two quickly <B> opening </B> valves in series enables. the introduction of the sodium without air being drawn into the bell.
The sodium is preferably introduced in solid form as appropriately sized pieces or beads, although if desired it can be converted to the liquid state prior to introduction.
As a result of the liquefaction of the sodium taking place in the apparatus described, the pre-liquefaction of the same is unnecessary, the handling of liquid sodium in tubes or lines, in which it can solidify and cause blockages, is avoided. Of course, the pipeline 4 and. the bell - connected to each other, but are closed to the outside air, whereby the bath serves as a seal for the lower end of the bell.
The invention is not limited to the over pulling special metal objects, but can be used for overlaying wire, sheets and even individually shaped articles, in the case of sheets or individual articles of course means for conveying them through the gas-tight pipeline and the Bell, in and out of the bathroom.
The present invention has been described in connection with the use of sodium. However, it has been shown that all alkali metals, provided they are used in a suitable manner, are able to form a protective vapor over the bath and a powdery coating on the bath, which does not adhere to the leaves, tapes or articles shows and -which has the property of preventing the formation of harmful, adhering substances,
which would adversely affect the adhesion of the molten metal to the base metal. Potassium and lithium, for example, are very suitable for the purposes of the invention.