DE10021948B4

DE10021948B4 - Verfahren und Anlage zum Verzinken eines Stahlbandes

Info

Publication number: DE10021948B4
Application number: DE10021948A
Authority: DE
Inventors: Wolfram Dr. Rößler; Heinz-Günter Schwanke; Harald Dipl.-Ing. Henkemeyer
Original assignee: ThyssenKrupp Stahl AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date: 2000-05-05
Filing date: 2000-05-05
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2020-05-06
Also published as: AU2001260262A1; DE10021948A1; WO2001086017A1

Abstract

Verfahren zum Verzinken eines Stahlbandes, bei dem das Stahlband eine Beschichtungsanlage und einen sich daran anschließenden Durchlaufofen und eine nachfolgende Warmhaltezone durchläuft, wobei das Stahlband zur Bildung einer Zn-Fe-Schicht bei einer Regelabweichung der als Regelgröße von einem hinter dem Ofen gemessenen charakteristischen Meßwert der Bandoberfläche, und zwar der Emissionsstrahlung oder des Grauwertes, und einem wenigstens hinter der Warmhaltezone gemessenen, gleichartigen charakteristischen Meßwert der Bandoberfläche durch Anpassung der Ofenleistung im Sinne einer Angleichung an die für einen optimalen Legierungszustand der Oberfläche des Stahlbandes maßgeblichen, entsprechenden charakteristischen Werte wärmebehandelt wird, dadurch gekennzeichnet,daß die Erfassung der charakteristischen werte innerhalb und/oder am Ende der Warmhaltezone im mittleren Bereich und an den Rändern des Stahlbandes erfolgt, wobei die dabei für die Regelung gebildete Stellgröße der Feinregelung dient, und daß eine aus den Meßwerten der am Ausgang des Ofens gemessenen charakteristischen Werte für die Emissionsstrahlung und/oder die Temperatur gebildete Stellgröße der Grobregelung dient.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verzinken eines Stahlbandes, bei dem das Stahlband eine Beschichtungsanlage und einen sich daran anschließenden Durchlaufofen und eine nachfolgende Warmhaltezone durchläuft, wobei das Stahlband zur Bildung einer Zn-Fe-Schicht bei einer Regelabweichung der als Regelgröße von einem hinter dem Ofen gemessenen charakteristischen Meßwert der Bandoberfläche, und zwar der Emissionsstrahlung oder des Grauwertes, und einem wenigstens hinter der Warmhaltezone gemessenen, gleichartigen charakteristischen Meßwert der Bandoberfläche durch Anpassung der Ofenleistung im Sinne einer Angleichung an die für einen optimalen Legierungszustand der Oberfläche des Stahlbandes maßgeblichen, entsprechenden charakteristischen Werte wärmebehandelt wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Anlage zum Verzinken eines Stahlbandes mit mehreren hintereinander angeordneten Behandlungseinrichtungen, und zwar einer Beschichtungseinrichtung, einem Durchlaufofen und einer Warmhaltezone mit Bandführungs- und Transportmitteln, die das Stahlband durch verschiedene Behandlungseinrichtungen leiten, und mit einer Regeleinrichtung, die die Ofenleistung in Abhängigkeit von charakteristischen Meßwerten für die Bandoberfläche von mindestens je einer hinter dem Durchlaufofen und der Warmhaltezone angeordneten Meßeinrichtung steuert, wobei die Meßeinrichtung dem Durchlaufofen eine Emissionsstrahlungs- oder Grauwertmeßeinrichtung ist.

Zur Herstellung von Galvannealed Feinblech wird ein Stahlband mit Zink überzogen und anschließend wärmebehandelt (diffusionsgeglüht). Bei dieser Wärmebehandlung legiert der Zinküberzug mit Eisen aus dem Stahlband, so daß eine Eisen-Zink-Legierungsschicht mit etwa 90 % Zinkanteil und 10 % Eisenanteil entsteht. Während eine verzinkte Bandoberfläche silbrig glänzt, ist eine Eisen-Zink-Legierungsschicht mausgrau und matt, wenn sie durchlegiert ist, während nur anlegierte Bereiche heller sind. Bei einem optimal behandelten Stahlband ist die Beschichtung bis auf die Randbereiche durchlegiert. Die Randbereiche sind dagegen wegen einer prozeßbedingt etwas dickeren Zinkschicht und geringerer Behandlungstemperaturen nur anlegiert.

Bei einem bekannten Verfahren und einer bekannten Anlage zum Verzinken eines Stahlbandes, bei dem nach dem Beschichten des Stahlbandes mit Zink eine Wärmebehandlung des Stahlbandes zum Zwecke der Umwandlung der Zinkschicht in eine Zn-Fe-Legierungsschicht erfolgt, erfolgt die Wärmebehandlung in Abhängigkeit von der Strahlungsemission der Bandoberfläche während oder nach der Wärmebehandlung ( EP 0 564 437 A1 ). Die Wärmebehandlung erfolgt über die Steuerung der Heizleistung eines Durchlaufofens. Sie basiert auf der angeblichen Erkenntnis, daß die Durchreaktion (optimaler Legierungszustand) an einem starken Anstieg der Emissionsstrahlung zu erkennen ist. Um eine Überreaktion während des den Durchlaufofen und gegebenenfalls die Warmhaltezonen durchlaufenden Stahlbandes zu vermeiden, ist es erforderlich, die Emissionsstrahlung der Bandoberfläche an mehreren hintereinander liegenden Stellen des Durchlaufofens und der Warmhaltezonen zu ermitteln. Nur dann läßt sich am richtigen Ort rechtzeitig steuernd in die Wärmebehandlung eingreifen.

Es ist nicht bekannt, ob dieses bekannte Verfahren und diese bekannte Anlage bereits Eingang in die Praxis gefunden haben und sich bewährt haben.

Ferner gehört ein Verfahren und eine Anlage zur Erzeugung einer gleichförmigen einphasigen auf legierten Zinkbeschichtung auf ein Metallband zum Stand der Technik ( DE 12 98 825 ), bei dem zur Steuerung der Heizleistung einer Heizvorrichtung Meßwerte des Bandes an zwei in Laufrichtung des Bandes versetzt angeordneten Stellen erfaßt werden. Hinter dem Ofen wird mittels eines Infrarotdetektors die Strahlungsintensität des Bandes erfaßt, während hinter einer Ausgleichszone mittels einer Anzahl von Photozellen die Bandoberfläche erfaßt wird. Bei dieser Erfassung wird in jedem Fall undifferenziert über die Bandbreite die Messung vorgenommen. Insoweit ist es auch nicht möglich, sehr differenziert die Ofenleistung zu steuern.

Bei einem sehr ähnlichen, zum Stand der Technik gehörenden Verfahren und einer entsprechenden Anlage zum Verzinken eines Bandes ( EP 0 571 353 B2 ) wird der Legierungszustand einer Fe-Zn-Beschichtung eines Bandes an zwei Stellen überwacht. Hinter einem Durchlaufofen wird die Strahlungsemission und hinter einer sich daran anschließenden Warmhaltezone ein weiterer charakteristischer Meßwert des Bandes erfaßt. Die Erfassung erfolgt dabei sogar über die Bandbreite. Es ist deshalb mit diesem Verfahren und dieser Anlage möglich, in Abhängigkeit von dem nach dem Röntgenstrahlverfahren festgestellten Eisengehalt der Zn-Fe-Schicht bei der Messung hinter der Warmhaltezone die Wärmebehandlung des Bandes über die Bandbreite zur Erzielung eines gleichmäßigeren Fe-Gehaltes durchzuführen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anlage zum Verzinken eines Stahlbandes mit einer Zn-Fe-Legierungsschicht zu schaffen, bei dem beziehungsweise bei der ein optimaler Legierungszustand der Zn-Fe-Legierungsschicht erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß beim eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, daß die Erfassung der charakteristischen Werte innerhalb und/oder am Ende der Warmhaltezone im mittleren Bereich und an den Rändern des Stahlbandes erfolgt, wobei die dabei für die Regelung gebildete Stellgröße der Feinregelung dient, und daß eine aus den Meßwerten der am Ausgang des Ofens gemessenen charakteristischen Werte für die Emissionsstrahlung und/oder die Temperatur gebildete Stellgröße der Grobregelung dient.

Anlagenmäßig wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Meßeinrichtung hinter der Warmhaltezone als charakteristische Meßwerte die Strahlungsemission und/oder den Grauwert der Bandoberfläche im mittleren Bereich des Stahlbandes und an dessen Rändern liefert und die Regeleinrichtung eine Stellgröße für die Ofenleistung aus dem Vergleich dieser Meßwerte bildet.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß der Legierungszustand der Zn-Fe-Schicht des Stahlbandes sehr genau durch den Vergleich der Emissionsstrahlung oder des Grauwertes der Bandoberfläche in der Bandmitte mit den entsprechenden Werten an den Bandrändern festgestellt werden kann. Dies liegt daran, daß bei einem optimalen Legierungszustand die Emissionsstrahlung am größten ist beziehungsweise der Grauwert mittelgrau und matt ist, während bei einem nicht optimalen Legierungszustand die Emissionsstrahlung geringer beziehungsweise der Grauwert heller und glänzend ist. Deshalb sieht die Erfindung auch nach einer Ausgestaltung vor, die Anpassung der Ofenleistung im Sinne eines Maximums des Differenzwertes für die Emissionsstrahlung oder den Grauwert des Stahlbandes vorzunehmen, der aus den Mittelwerten der Emissionsstrahlung oder des Grauwertes des Stahlbandes im mittleren Bereich und in den Randbereichen ermittelt wird.

Die Besonderheit bei der Erfindung besteht schließlich darin, daß die aus den Meßwerten innerhalb oder hinter der Warmhaltezone für die Regelung gebildete Stellgröße der Feinregelung dient, während die aus den Meßwerten der am Ausgang des Ofens gemessenen Emissionsstrahlung und/oder Temperatur des Stahlbandes gebildete Stellgröße einer Grobregelung dient. Da in der Regel eine Durchlegierung am Ausgang des Ofens noch nicht erfolgt ist, sondern für die Durchlegierung noch die Temperaturbehandlung in der Warmhaltezone benötigt wird, würde eine ausschließliche Regelung in Abhängigkeit von den Meßwerten innerhalb oder am Ende der Warmhaltezonen zu einer unerwünscht späten Reaktion bei der Anpassung der Ofenleistung führen. Da aber auch am Ausgang des Ofens schon grob der zu erwartende Legierungszustand zu erkennen ist, ist es vorteilhaft, von einem Meßwert an dieser Stelle schon eine erste Stellgröße abzuleiten, so daß nachher nur noch eine Feinregelung zu erfolgen hat.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
1 eine Anlage zum Verzinken eines Stahlbandes mit anschließender Wärmebehandlung in schematischer Darstellung,
2 eine Anlage zum Verzinken eines Stahlbandes mit anschließender Wärmebehandlung in schematischer Darstellung in einer zu 1 anderen Ausführung
und
3 ein Diagramm für die Emissionsstrahlung in Abhängigkeit von der Ofenleistung.
Ein Stahlband 1 wird über eine Rolle 2a durch ein Bad 2b aus flüssigem Zink einer Beschichtungsanlage 2 geleitet. Abstreifdüsen 3 streifen überschüssiges Zink ab. Danach gelangt das Stahlband in einen Durchlaufofen 4 mit einer Reihe von Induktionsspulen, mit denen die Heizleistung des Durchlaufofens 4 steuerbar ist. Am Ausgang des Ofens 4 ist eine Meßeinrichtung für die Emissionsstrahlung und die Temperatur 5, und zwar ein spezielles Pyrometer, angeordnet. Das Stahlband 1 durchläuft dann zwei Warmhaltezonen 6,7, und zwar eine stationäre 6 und eine bewegliche 7. Am Ausgang der Warmhaltezone 7 ist auf jeder Seite des Stahlbandes eine Meßeinrichtung 8a,8b für die Emissionsstrahlung der Oberflächen des Stahlbandes 1 angeordnet. Diese Meßeinrichtungen 8a,8b sind in der Lage, einerseits die Emissionsstrahlung in den Bereichen beider Bandränder und andererseits im mittleren Bereich des Stahlbandes zu erfassen und dafür entsprechende Meßwerte zu liefern. Anschließend durchläuft das Stahlband 1 eine Kühlzone 9, um dann über eine Umlenkrolle 10 beispielsweise zu einem Haspel weitertransportiert zu werden.
Die Meßeinrichtungen 5,8a,8b liefern an einen Regler 11 Meßwerte über die Emissionsstrahlung. Die Meßeinrichtung 5 liefert beispielsweise einen Meßwert für die mittlere Emission des Stahlbandes 1. Die Meßeinrichtungen 8a,8b liefern dagegen differenzierte Meßwerte, und zwar Meßwerte für die Bereiche der Bandränder und für den mittleren Bandbereich. Bei einer typischen Bandbreite von 1000 bis 2000 mm reicht für die Erfassung der Emission im Randbereich eine Breite von 20 mm und im mittleren Bereich eine Breite von 200 mm aus. Den Meßwert der Meßeinrichtung 5 verarbeitet der Regler 11 zu einer Stellgröße, um die Leistung des Durchlaufofens zunächst grob zu anzupassen. Aus den von den Meßeinrichtungen 8a,8b gelieferten Meßwerten für die Strahlungsemission werden zunächst Mittelwerte gebildet. Die Mittelwerte werden miteinander verglichen, indem aus ihnen die Differenz gebildet wird:
(Mit ΔE - = Differenz der Mittelwerte der Emissionsstrahlungen in Bandmitte und an den Bandrändern; E - _Mitte = Mittelwert der Emissionsstrahlung in Bandmitte; E - _rRand = Mittelwert der Emissionsstrahlung am rechten Bandrand; E - _lRand = Mittelwert der Emissionsstrahlung am linken Bandrand).
Im Diagramm der 3 ist die Größe Δ E über der Ofenleistung aufgetragen. Es ist zu erkennen, daß bei einer bestimmten Ofenleistung die Differenz der Mittelwerte der Emissionsstrahlungen ihr Maximum hat. In diesem Maximum ist die Zn-Fe-Schicht des Metallbandes optimal legiert. Nur schmale Bereiche an den Bandrändern, in denen sich prozeßbedingt eine dickere Zinkschicht gebildet hat und/oder die nicht optimal wärmebehandelt wurden und beim ohnehin notwendigen Besäumen des Metallbandes abgeschnitten werden, sind nur anlegiert. Der charakteristische Verlauf dieser Kurve ist einerseits damit zu erklären, daß bei optimalem Legierungszustand der Beschichtung des Metallbandes in der Bandmitte diese nur anlegierten Bandränder eine geringere Strahlungsemission als der mittlere, optimal legierte Bandbereich haben, andererseits damit, daß bei Erhöhung der Ofenleistung eine weitere Durchlegierung der Zinkschicht an den Bandrändern stattfindet, was sich in einer erhöhten Emissionsstrahlung bemerkbar macht, und gleichzeitig wird das Stahlband im übrigen Bereich überlegiert, ohne daß sich dies in einer wesentlichen Veränderung der Emissionsstrahlung bemerkbar macht. Das bedeutet, daß bei erhöhter Ofenleistung der ermittelte Differenzwert für die Strahlungsemission wieder abnimmt.
Das am Beispiel der Strahlungsemission beschriebene Prinzip läßt sich gleichzeitig oder alternativ auch mit dem Grauwert der Bandoberfläche verwirklichen. 2 zeigt dafür ein entsprechendes Ausführungsbeispiel. Soweit mit dem ersten Ausführungsbeispiel Übereinstimmungen bestehen, sind die entsprechenden Anlageteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht der Durchlaufofen 4 aus nur einer Induktionsspule, während eine zusätliche bewegliche Warmhaltezone 6* vorgesehen ist. Hinter jeder Warmhaltezone 6, 6*, 7 können die speziellen Pyrometer 5 angeordnet sein. Vor allem aber sind anstelle der Meßeinrichtungen 8a,8b der 1 bei diesem Ausführungsbeispiel hinter der oberen Umlenkrolle 10 Meßeinrichtungen 11a,11b in Form von Kameras vorgesehen, die Meßwerte für Grauwerte des von Beleuchtungseinrichtungen 12a,12b beleuchteten Stahlbandes 1 aufnehmen, und zwar Meßwerte für die beiden Randbereiche und für den mittleren Bandbereich. Die Verarbeitung dieser Meßwerte erfolgt in der gleichen Weise wie die Verarbeitung der Meßwerte für die Strahlungsemission beim Ausführungsbeispiel der 1.

Claims

Verfahren zum Verzinken eines Stahlbandes, bei dem das Stahlband eine Beschichtungsanlage und einen sich daran anschließenden Durchlaufofen und eine nachfolgende Warmhaltezone durchläuft, wobei das Stahlband zur Bildung einer Zn-Fe-Schicht bei einer Regelabweichung der als Regelgröße von einem hinter dem Ofen gemessenen charakteristischen Meßwert der Bandoberfläche, und zwar der Emissionsstrahlung oder des Grauwertes, und einem wenigstens hinter der Warmhaltezone gemessenen, gleichartigen charakteristischen Meßwert der Bandoberfläche durch Anpassung der Ofenleistung im Sinne einer Angleichung an die für einen optimalen Legierungszustand der Oberfläche des Stahlbandes maßgeblichen, entsprechenden charakteristischen Werte wärmebehandelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung der charakteristischen werte innerhalb und/oder am Ende der Warmhaltezone im mittleren Bereich und an den Rändern des Stahlbandes erfolgt, wobei die dabei für die Regelung gebildete Stellgröße der Feinregelung dient, und daß eine aus den Meßwerten der am Ausgang des Ofens gemessenen charakteristischen Werte für die Emissionsstrahlung und/oder die Temperatur gebildete Stellgröße der Grobregelung dient.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassung der Ofenleistung im Sinne eines Maximums des Differenzwertes für die Emissionsstrahlung oder den Grauwert des Stahlbandes erfolgt, der aus den Mittelwerten der charakteristischen Werte für die Emissionsstrahlung und/oder den Grauwert des Stahlbandes im mittleren Bereich und in den Randbereichen ermittelt wird.
Anlage zum Verzinken eines Stahlbandes (1) mit mehreren hintereinander angeordneten Behandlungseinrichtungen, und zwar einer Beschichtungseinrichtung (2), einem Durchlaufofen (4) und einer Warmhaltezone (6,6*,7) mit Bandführungs- und Transportmitteln (2a), die das Stahlband durch verschiedene Behandlungseinrichtungen leiten, und mit einer Regeleinrichtung (11), die die Ofenleistung in Abhängigkeit von charakteristischen Meßwerten für die Bandoberfläche von mindestens je einer hinter dem Durchlaufofen (4) und der Warmhaltezone (7) angeordneten Meßeinrichtung (5,11a,11b) steuert, wobei die Meßeinrichtung (5) hinter dem Durchlaufofen eine Emissionsstrahlungs- oder Grauwertmeßeinrichtung ist, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung (11a,11b) hinter der Warmhaltezone als charakteristische Meßwerte die Strahlungsemission und/oder den Grauwert der Bandoberfläche im mittleren Bereich des Stahlbandes (1) und an dessen Rändern liefert und die Regeleinrichtung (11) eine Stellgröße für die Ofenleistung aus dem Vergleich dieser Meßwerte bildet.
Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (11) für den Vergleich die Meßwerte in Mittelwerte umwandelt.
Anlage nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung (11) ein Stellsignal für eine Grobregelung aus einem Meßwert für die unmittelbar am Ausgang des Durchlaufofens (4) gemessene Strahlungsemission und/oder Temperatur des Stahlbandes (1) und ein weiteres Stellsignal für eine Feinregelung aus den innerhalb oder am Ende der Warmhaltezonen (6,7) gemessenen Meßwerten für die Strahlungsemission und/oder Temperatur des Stahlbandes (1) in dessen mittlerem Bereich und dessen Randbereichen liefert.