DE10146791A1

DE10146791A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten der Oberfläche von strangförmigem metallischem Gut

Info

Publication number: DE10146791A1
Application number: DE10146791A
Authority: DE
Inventors: Rolf Brisberger
Original assignee: SMS Demag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 2001-09-20
Filing date: 2001-09-20
Publication date: 2003-04-10
Also published as: MXPA04002626A; KR20040044964A; EP1427867A1; CN1556871A; PL367506A1; RU2004111796A; US20040241336A1; CA2461004A1; BR0212722A; JP2005503487A; WO2003027346A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beschichten der Oberfläche von strangförmigem metallischen Gut (1), insbesondere Band oder Draht, durch Aufbringen eines metallischen Überzugsmaterials (2), bei dem das zu beschichtende Gut (1) kontinuierlich ein mit schmelzflüssigem Überzugsmaterial (2) gefülltes Tauchbad (3) durchläuft. Zur Erhöhung der Produktivität einer Beschichtungsanlage ist vorgesehen, dass das Verfahren die Schritte aufweist: a) Messen der Dicke (d¶Ist¶) der auf das Gut (1) aufgebrachten Schicht Überzugsmaterial (2) nach dem Tauchbad (3); b) Vergleichen der gemessenen Dicke (d¶Ist¶) mit einem vorgegebenen Wert der Schichtdicke (d¶Soll¶) und Ermittlung der Differenz (DELTA) zwischen beiden Werten; c) abhängig von der ermittelten Differenz (DELTA): Beeinflussung bzw. Verändern mindestens eines Parameters (P) des Beschichtungsprozesses, um den gemessenen Wert (d¶Ist¶) dem vorgegebenen Wert (d¶Soll¶) anzunähern.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beschichten der Oberfläche von strangförmigem metallischen Gut, insbesondere Band oder Draht, durch Aufbringen eines metallischen Überzugsmaterials, bei dem das zu beschichtende Gut kontinuierlich ein mit schmelzflüssigem Überzugsmaterial gefülltes Tauchbad durchläuft.

Aus der EP 0 630 421 B1 ist ein Verfahren der gattungsgemäßen Art bekannt. Dort wird ein Stahlband mit einem metallischen Überzug versehen. Hierzu wird das Stahlband vertikal von unten einer Beschichtungsvorrichtung zugeführt. Diese weist einen Beschichtungsbehälter (Tauchbad) auf, der mit schmelzflüssigem Überzugsmaterial gefüllt ist. Das Metallband wird durch den Beschichtungsbehälter senkrecht nach oben hindurchgeführt, wobei sich Überzugsmaterial an der Oberfläche des Metallbandes ablagert. Ähnliche Verfahren dieser Art sind auch aus der EP 0 630 420 B1 und aus der EP 0 673 444 B1 bekannt. Bei der EP 0 630 420 B1 wird eine mehrlagige Beschichtung aufgebracht, indem mehrere Tauchbehälter in vertikaler Richtung übereinander angeordnet sind, die vom zu beschichtenden Gut durchlaufen werden.

Bei Feuerbeschichtungsverfahren dieser Art wird das Band mit Zink, Aluminium, Zn-Al- oder Al-Si-Legierungen versehen, wobei das Band aus einem Glühofen unter Luftabschluss gemäß einer ersten Vorgehensweise in einen großen Behälter mit Schmelze einläuft und dort durch verschiedene nicht angetriebene Rollen in die Vertikale umgelenkt und stabilisiert wird. Dies gilt für alle genannten Beschichtungsmetalle bzw. -legierungen bei der Schmelztauchveredlung. Beim Einsatz eines großen Schmelzebehälters ist es von Nachteil, dass sich die Rollen und Lager der Rollen innerhalb der Schmelze befinden und alle Teile dem chemischen Angriff der Schmelze ausgesetzt sind. Die Lebensdauer der zum Einsatz kommenden Teile innerhalb der Schmelze ist daher relativ kurz. Weiterhin ist ein großes Schmelzevolumen mit einem entsprechend großen Tauchbad erforderlich, um die gesamte Rollenanordnung aufzunehmen. Üblich sind bei Feuerverzinkung 200 bis 300 t an flüssigem Zink. Eine schnelle Regelung der Temperatur der Schmelze sowie die Beeinflussung der Legierungszusammensetzung ist aufgrund des großen Volumens nicht möglich. Schwankungen von Temperatur und Legierungszusammensetzung müssen daher in Kauf genommen werden, was zu Qualitätseinbußen führen kann.

Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens ist es, dass die Anlagengeschwindigkeit insbesondere bei dünnen zu beschichtenden Bändern mit einer Dicke von weniger als 0,5 mm zur Erzielung einer wirtschaftlichen Betriebsweise nicht beliebig erhöht werden kann. Der Grund hierfür ist, dass es zur Relativbewegung zwischen den sich im Bad befindlichen Rollen und dem Band kommen kann. Wird zur Vermeidung dieses Problems der Zug auf das Band erhöht, besteht die Gefahr eines Bandrisses. Die Folge hiervon ist Ausschuss sowie ein längerer Anlagenstillstand.

Eine weitere Beschränkung der maximal möglichen Transportgeschwindigkeit des zu beschichtenden Bandes beim Feuerverzinken ist durch das oberhalb des Tauchbades angeordnete Düsenabstreifsystem gegeben. Mittels Luft oder Stickstoff wird dort die Schichtdicke eingestellt, wobei mit zunehmender Bandgeschwindigkeit die minimal darstellbare Überzugsdicke ansteigt. Das bedeutet, dass dünne Schichten bei hohen Bandgeschwindigkeiten nicht aufgebracht werden können. Aber gerade dünne Auflagen (z. B. weniger als 25 g/m² einseitig bei feuerverzinktem Feinblech) werden für spezielle anspruchsvolle Anwendungen benötigt.

Es ist hierbei bekannt, dass durch Anhebung der Temperatur der Schmelze im Tauchbad beispielsweise beim Feuerverzinken von 460°C auf über 500°C die dynamische Viskosität um über 30% abnimmt. Theoretisch kann daher durch Temperaturerhöhung das Zurückfließen des flüssigen Beschichtungsmetalls in das Tauchbad verbessert und damit die Überzugsdicke verringert werden. Problematisch ist in diesem Zusammenhang, dass beim Einsatz einer so großen Schmelzemenge (200 bis 400 t flüssiges Zink) eine reproduzierbare Regelung der Temperatur des Bades praktisch unmöglich ist.

Ferner ist bei dem erläuterten Verfahren der chemische Angriff der Schmelze auf die Einbauten im Tauchbad zu berücksichtigen. Dieser Angriff nimmt bei Temperaturen oberhalb von 500°C progressiv zu. Das bedeutet, dass die sich im Tauchbad befindlichen Rollen und Lager noch häufiger gewechselt werden müssen. Dies wiederum führt zu einer erheblichen Leistungsbeschränkung der Anlage und zu einer entsprechenden Verschlechterung der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens.

Eine beliebige Erhöhung der Temperatur im Tauchbad kommt auch aus folgendem Grund nicht in Frage: Bei steigenden Temperaturen tritt ein erhöhter Schlackenanfall im Tauchbad auf. Dies wirkt sich sehr nachteilhaft auf die Qualität der Beschichtung aus.

Die Problematik einer sehr großen Schmelzemenge im Tauchbad lässt sich durch Lösungen vermeiden, wie sie aus den oben genannten Schriften bekannt sind. Zur Schmelztauchveredelung ist es aus diesen Dokumenten bekannt, dass das Band in einem Glühofen vorbereitet wird, dann in die Vertikale umgelenkt wird und schließlich von unten in ein Tauchbad einläuft. Das Tauchbad hat an seiner Unterseite eine kanalförmige Öffnung. Ein Austritt der Schmelze aus dem Tauchbad nach unten verhindert ein magnetischer Verschluss, der durch ein induktives Wandlerfeld erzeugt wird.

Die dort offenbarten Tauchbäder verfügen über ein wesentlich geringeres Volumen als beim zuerst diskutierten Verfahren. Es werden nur ca. 10 t Schmelze benötigt. Von Vorteil ist hier, dass das Legieren der Schmelze und deren Temperierung in einem separaten Gefäß erfolgt. Die Schmelze wird mittels Pumpen in das Tauchbad gefördert. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist es, dass die Regelung der Legierungszusammensetzung und der Temperatur hier sehr viel effizienter erfolgen können als beim eingangs diskutierten Verfahren, das ein Tauchbad mit wesentlich mehr Schmelze benötigt.

Auch beim Einsatz eines Tauchbades mit relativ geringer Schmelzemenge kommen oberhalb des Tauchbades angeordnete Abstreifsysteme zum Einsatz, um die gewünschte Schichtdicke einzustellen und zu regeln. Auch hier wird die maximal mögliche Bandgeschwindigkeit der Anlage von der übertragbaren Zugkraft des zu beschichtenden Bandes begrenzt.

Die Voraussetzung für ein gutes Beschichtungsergebnis und eine homogene Schicht auf dem zu beschichtenden Gut über die gesamte Bandbreite und Länge infolge guter Abstreifung ist ein stabiler und ungestörter Bandlauf. Das Band muss stets parallel durch die beiden beidseits des Bandes angeordneten Abstreifdüsen geführt werden, wobei konstante Abstände zu den Düsen einzuhalten sind. Im Betrieb ist eine solche Bandstabilisierung nur sehr aufwendig sicherzustellen. Bereits geringfügige Abweichungen zu den Düsen oder Welligkeiten im Band führen zu einer großen Varianz in der Schichtdicke sowohl über der Breite und über der Länge des Bandes als auch im Verhältnis der beiden beschichteten Seiten des Bandes.

Die sich mit dem Düsenabstreifverfahren ergebenden Überzugsdicken sind damit immer mit einer gewissen Streuung über der Bandbreite und -länge behaftet, was die Qualität des Beschichtungsverfahren herabsetzt. Da aus Korrosionsschutzgründen die jeweils minimal geforderte Schichtdicke nicht unterschritten werden darf, wird aufgrund dieser Streuung im Ergebnis stets mehr Überzugsmaterial aufgebracht, als es unbedingt erforderlich wäre. Dies führt zu einer weiteren Verschlechterung der Wirtschaftlichkeit des Beschichtungsverfahrens.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Oberflächenbeschichtungsverfahren der eingangs genannten Art sowie eine zugehörige Beschichtungsvorrichtung zu schaffen, mit dem bzw. mit der es möglich ist, die Qualität des Beschichtungsverfahrens zu erhöhen und gleichzeitig die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens zu verbessern.

Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist verfahrensgemäß dadurch gekennzeichnet, dass folgende Schritte durchgeführt werden:

a) Messen der Dicke der auf das Gut aufgebrachten Schicht Überzugsmaterial nach dem Tauchbad;
b) Vergleichen der gemessenen Dicke mit einem vorgegebenen Wert der Schichtdicke und Ermittlung der Differenz zwischen beiden Werten;
c) Abhängig von der ermittelten Differenz: Beeinflussen bzw. Verändern mindestens eines Parameters des Beschichtungsprozesses, um den gemessenen Wert dem vorgegebenen Wert anzunähern.

Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass beim Schmelztauchveredeln das aus dem Tauchbad kommende Band - auch ohne weitere Maßnahmen, wie beispielsweise das Düsenabstreifverfahren - automatisch mit einer gewissen Schichtdicke an Überzugsmaterial versehen wird und dass unter gewissen Umständen bzw. Konstellationen der Prozessparameter ein qualitativ hochwertiger Überzug auf das zu beschichtende Gut aufbringbar ist.

In vorteilhafter Weise ist es damit möglich, einen Feuerbeschichtungsprozess der genannten Art mit sehr hohen Transportgeschwindigkeiten des zu beschichtenden Guts zu betreiben, wobei Geschwindigkeiten von 300 m/min für ein Band mit einer Dicke von unter 0,5 mm möglich sind. Es wird damit eine hohe Leistung der Beschichtungsanlage und eine entsprechend hohe Wirtschaftlichkeit erreicht.

Weiterhin ist es beim erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft, dass eine gleichmäßige Schichtdicke über die gesamte Bandbreite völlig unabhängig von den Beschichtungsparametern entsteht, da diese alle homogen über die Bandbreite wirken. Auch der Bandlauf und die Bandebenheit sind ohne Einfluss auf die Schichtdicke. Die Darstellung einer gleichbleibenden Schichtdicke über die gesamte Bandbreite und -länge wird durch eine schnelle Regelung der Prozessparameter gewährleistet.

Bevorzugt durchläuft das zu beschichtende Gut das Tauchbad vertikal nach oben.

Für eine effiziente Nutzung des vorgeschlagenen Verfahrens hat sich die Steuerung bzw. Regelung verschiedener Parameter des Beschichtungsprozesses als besonders günstig erwiesen:
Zunächst kann vorgesehen sein, dass der gesteuerte bzw. geregelte Parameter des Beschichtungsprozesses die Transportgeschwindigkeit des zu beschichtenden Guts in Förderrichtung des Guts ist. Dabei kann vorgesehen werden, dass bei zu großer gemessener Dicke die Transportgeschwindigkeit erhöht wird.

Alternativ oder additiv kommt als Parameter die Schmelzbadtemperatur im Tauchbad in Frage; hierbei wird dann zumeist vorgesehen, dass bei zu großer gemessener Dicke die Schmelzbadtemperatur erhöht wird (die Viskosität des Überzugsmaterials nimmt dadurch ab, und es ergibt sich ein dünnerer Beschichtungsfilm).

Ferner ist als Parameter die Tauchlänge bzw. die Schmelzbadhöhe geeignet, in der das zu beschichtende Gut Kontakt mit dem schmelzflüssigen Überzugsmaterial im Tauchbad hat. Bei zu großer gemessener Dicke kann die Tauchlänge bzw. Schmelzbadhöhe erniedrigt werden, um bessere Beschichtungsergebnisse zu erhalten.

Weiterhin kommt alternativ oder additiv in Frage, dass der Parameter des Beschichtungsprozesses die Temperatur des Guts, vorzugsweise vor dem Eintritt in das Tauchbad, ist. Hier wird zumeist bei zu großer gemessener Dicke die Temperatur des Guts erhöht werden.

Ferner kann vorzugsweise als Parameter des Beschichtungsprozesses die Eintauchdauer des zu beschichtenden Guts im Tauchbad dienen, wobei bei zu großer gemessener Dicke die Eintauchdauer erniedrigt werden kann.

Schließlich kann der Parameter auch - wieder alternativ oder additiv - die Zusammensetzung der Schmelze im Tauchbad sein.

Die Vorrichtung zum Beschichten der Oberfläche des Guts beim kontinuierlichen, vorzugsweise vertikalen, Durchlauf des zu beschichtenden Guts durch das Tauchbad ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass in Förderrichtung hinter dem Tauchbad eine Vorrichtung zur Messung der Dicke der auf das Gut aufgebrachten Schicht Überzugsmaterial angeordnet ist, die den gemessenen Wert der Dicke einer Steuer- oder Regelvorrichtung zuleitet, die den gemessenen Wert mit einem vorgegebenen Wert der Schichtdicke vergleicht und abhängig von der ermittelten Differenz zwischen beiden Werten Mittel ansteuert, mit denen mindestens ein Parameter des Beschichtungsprozesses beeinflusst bzw. verändert werden kann, um den gemessenen Wert dem vorgegebenen Wert anzunähern.

Mit Vorteil beeinflusst das Mittel die Transportgeschwindigkeit des zu beschichtenden Guts in Förderrichtung des Guts. Alternativ oder additiv kann das Mittel die Schmelzbadtemperatur im Tauchbad beeinflussen. Weiterhin kommt auch die Beeinflussung der Tauchlänge bzw. der Schmelzbadhöhe, in der das zu beschichtende Gut Kontakt mit dem schmelzflüssigen Überzugsmaterial im Tauchbad hat, durch das Mittel in Frage; es kann auch die Temperatur des Guts, vorzugsweise vor dem Eintritt in das Tauchbad, beeinflussen.

Zur Ermöglichung eines effizienten Einflusses auf die Zusammensetzung des Überzugsmetalls im Tauchbad kann dieses mit einem Vorratsbehälter für schmelzflüssiges Überzugsmaterial in Verbindung stehen. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Fassungsvolumen des Tauchbades wesentlich kleiner ist als das Fassungsvolumen des Vorratsbehälters; hierfür kommt wiederum bevorzugt in Betracht, dass das Fassungsvolumen des Tauchbades höchstens 20%, vorzugsweise höchstens 10%, des Fassungsvolumens des Vorratsbehälters beträgt.

Zur Abdichtung des Tauchbades nach unten ist mit Vorteil im Bodenbereich des Tauchbads ein magnetischer Verschluss angeordnet; alternativ können aber auch andere Dichtsysteme zum Einsatz kommen.

Oberhalb des Tauchbads kann eine Kühleinrichtung für das beschichtete Gut angeordnet werden. Die Vorrichtung zur Messung der Dicke ist dann bevorzugt zwischen Tauchbad und Kühleinrichtung angeordnet.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch den Aufbau einer Vorrichtung zur Oberflächenbeschichtung eines strangförmigen metallischen Guts; und
Fig. 2 schematisch eine Darstellung des Regelungskonzepts gemäß der Erfindung.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zu sehen, mit der ein zu beschichtendes Gut 1 in Form eines Stahlbandes mit einem metallischen Überzugsmaterial 2 (beispielsweise Zink) beschichtet wird.
Zur gleichmäßigen Beschichtung beider Seiten des bandförmigen Guts wird das Band 1 von unten durch einen Durchführungskanal 10 vertikal nach oben durch ein Tauchbad 3 geleitet, das bis zu einer gewünschten Schmelzbadhöhe h mit flüssigem Überzugsmaterial 2 gefüllt ist. Im Bodenbereich des Tauchbades 3 ist ein magnetischer Verschluss 8 angeordnet, der verhindert, dass flüssiges Beschichtungsmaterial 2 durch den Durchführungskanal 10 nach unten abfließt.
Die Förderrichtung des Bandes 1 ist mit R angegeben. Nur sehr schematisch ist skizziert, dass ein Antriebsmotor 6' eine Rolle 11 (bzw. mehrere Rollen) antreibt, wodurch das Band 1 mit der Transportgeschwindigkeit v gefördert wird.
Das Band 1 wird in einem Ofen 12 zunächst temperiert. Es passiert dann einen Kanal 13 und gelangt in ein Ofengehäuse 14. Im Bereich des Kanals 13 bzw. des Ofengehäuses 14 ist eine Induktionsheizung 6"" angeordnet, mit der das Band 1 beim Durchlauf gezielt und schnell erhitzt werden kann. Es hat dann vor dem Eintritt in das Tauchbad 3 eine Bandtemperatur T_B.
Im Tauchbad 3 befindet sich schmelzflüssiges Überzugsmaterial 2 mit einer Schmelzbadtemperatur T. Beim Passieren des Tauchbades 3 lagert sich das flüssige Überzugsmaterial 2 auf der Oberfläche des Bandes 1 an; nach dem Verlassen des Tauchbades 3 erstarrt das Überzugsmaterial 2 auf dem Gut 1, so dass das gewünschte Produkt, nämlich ein beschichtetes metallisches Band, vorliegt.
Die Versorgung mit frischem Überzugs- oder Beschichtungsmaterial 2 findet aus einem größeren Vorratsbehälter 7 statt, in dem zuvor die metallurgische Arbeit am Überzugsmaterial 2 in Form von Oxidabscheidung und Filterung von festem Überzugsmaterial bzw. Bandmetall-Kristallen aus dem flüssigen Beschichtungsmaterial erfolgt. Ferner wird dort frisches Überzugsmaterial durch eine Einschmelzvorrichtung zugeführt.
Zur schnellen Temperierung des Überzugsmaterials 2 im Tauchbad 3, also zur schnellen und gezielten Einstellung der Schmelzbadtemperatur T, ist das Tauchbad 3 von einer Induktionsheizung 6" umgeben. Das Volumen des Tauchbades 3 ist dabei im Verhältnis zum Volumen des Vorratsbehälters 7 recht klein. Beispielsweise kann das Tauchbad 3 nur ca. 5 t flüssiges Zink zur Verzinkung des Bandes 1 aufnehmen, während der Vorratsbehälter 7 hiervon ein Vielfaches fasst.
Mit einer Schmelzepumpe 6''' wird Überzugsmaterial 2 aus dem Vorratsbehälter 7 in das Tauchbad 3 gepumpt, womit die Zusammensetzung des Überzugsmaterials im Tauchbad 3 eingestellt werden kann.
Die peripheren Einrichtungen, die zur Ver- und Entsorgung des Tauchbades 3 mit schmelzflüssigem Überzugsmaterial 2 notwendig sind, sind im Ausführungsbeispiel nicht näher dargestellt. Es handelt sich dabei um Einrichtungen, wie sie im Stand der Technik hinlänglich bekannt sind. Es wird hierzu auf die bereits oben erwähnte EP 0 630 421 B1 verwiesen.
Unmittelbar oberhalb des Tauchbades 3 ist eine Vorrichtung 4 zur Messung der Dicke d_Ist der auf das Gut 1 aufgebrachten Schicht angeordnet. Über dieser ist eine Kühleinrichtung 9 positioniert, mit der das beschichtete, noch heiße Band gekühlt werden kann.
Weitere Details zum anmeldegemäßen Beschichtungsverfahren sind aus Fig. 2 ersichtlich.
Das Band 1 hat vor dem Einlauf in das Tauchbad eine Dicke d₀. Auf das Band 1 wird eine Beschichtung aus Überzugsmaterial 2 aufgebracht, die eine Solldicke d_Soll aufweisen soll. Allerdings liegt bei konventionellen Beschichtungsverfahren eine mehr oder weniger große Streuung der tatsächlich auf das Band 1 aufgebrachten Dicke vor. Die sich effektiv darstellende Schichtdicke d_ist mit d_Ist bezeichnet.
Die Vorrichtung 4 zur Messung der Dicke d_Ist der Schicht, die so dicht wie möglich über dem Tauchbad 3 angeordnet ist, misst den tatsächlichen Wert der Schichtdicke d_Ist und leitet ihn einer Steuer- oder Regelvorrichtung 5 zu. Dieser Vorrichtung 5 wird auch die Solldicke d_Soll vorgegeben.
In einem ersten Abschnitt 5a, dem Differenzbilder, wird zunächst die Differenz □ zwischen Soll- und Ist-Dicke gemäß der Beziehung

Δ = d_Ist - d_Soll

gebildet und einem zweiten Abschnitt 5b, dem Regler, zugeleitet. Im Regler sind funktionale Zusammenhänge zwischen den Parametern P des Beschichtungsprozesses und dieser Differenz hinterlegt. Das bedeutet, daß die funktionalen Zusammenhänge angeben, wie ein Parameter P beim Vorliegen einer Differenz Δ verändert werden muss, um die Differenz möglichst klein, im Idealfall zu Null, zu machen.
Die funktionalen Zusammenhänge ergeben sich empirisch aus Experimenten für eine konkrete Anwendung. Im Ausführungsbeispiel sind sie ermittelt und hinterlegt für

- die Transportgeschwindigkeit v als Funktion der Differenz,
- die Schmelzbadtemperatur T als Funktion der Differenz,
- die Schmelzbadhöhe h (alternativ die Tauchlänge L) als Funktion der Differenz und
- die Temperatur T_B des Guts vor dem Tauchbad als Funktion der Differenz.

Die sich auf dem Band 1 anlagernde Schicht aus Überzugsmaterial 2 ist sehr gleichmäßig über die Breite und über die Länge des Bandes 1 aufgebracht, da keine beeinflussenden Abstreif-Düsensysteme erforderlich sind. Vielmehr stellt sich die gewünschte Schichtdicke d_Ist als Reaktion auf die in der Beschichtungsanlage durch die Steuerung bzw. Regelung 5 eingestellten Parameter P reproduzierbar ein, was in Fig. 2 nur sehr schematisch skizziert ist.
Bei im Verhältnis zur Solldicke d_Soll zu großer tatsächlicher Schichtdicke d_Ist veranlasst die Steuerung bzw. Regelung 5, dass die Transportgeschwindigkeit v des Bandes erhöht und/oder die Schmelzbadtemperatur T erhöht und/oder die Schmelzbadhöhe h reduziert und/oder die Temperatur T_B des Bandes erhöht wird. All diese Maßnahmen bewirken eine Abnahme der Schichtdicke, bzw. die Umkehrung der entsprechenden Parametrisierung eine Zunahme der Dicke. Auf diese Weise kann feinfühlig die effektive Schichtdicke d_Ist auf dem Metallband 1 justiert werden.
Erfindungsgemäß kommt somit ein intelligentes Steuerungs- oder Regelungsmodell zum Einsatz. Die Steuerung bzw. Regelung wird kontinuierlich mit allen notwendigen Messdaten versorgt, die gespeichert werden. Die funktionalen Zusammenhänge zwischen den Parametern ist in der Regelung bzw. Steuerung hinterlegt.
Neben den genannten Stellgrößen werden auch die Tauchbadzusammensetzung und die Oberflächenrauhigkeit des Bandes erfasst, so dass im gegebenen Falle auch auf diese Parameter bei der Steuerung bzw. Regelung zurückgegriffen bzw. auch diese Parameter hierbei berücksichtigt werden können.
Durch die induktive Heizung 6" für das Tauchbad 3 bzw. 6"" für das Gut 1 ist eine schnelle Steuerung bzw. Regelung der jeweiligen Temperatur möglich. Bei der Zusammensetzung der Schmelze im Tauchbad 3 kommt es in der Regel nicht auf eine schnelle Regelung an, vielmehr ist hier die Einhaltung konstanter Legierungsanteile von Bedeutung. Hierfür ist die fluidische Kopplung des (kleinen) Tauchbades 3 mit dem (großen) Vorratsbehälter 7 günstig. Die Schmelzetemperatur muss hingegen sehr schnell regelbar sein. Die induktive Heizung 6" kann hierfür beispielsweise auch im Zulauf der Schmelze zum Tauchbad 3 angeordnet sein.
Mit der vorgeschlagenen Ausgestaltung ist eine wesentliche Verbesserung der Homogenität der Schichtdicke über der Bandbreite und Bandlänge möglich. Es besteht keine Abhängigkeit vom Bandlauf und von gleichen Abständen des Bandes von den Düsen bekannter Abstreif-Düsenvorrichtungen, da diese entfallen. Somit können auch die zumeist ohnehin nur sehr schwierig zu kontrollierenden Abstände zwischen Band und Düse keinen Einfluß nehmen. Alle Bandführungsrollen können angetrieben werden.
Ferner wird - da es keine Abstreifdüsen mehr gibt - kein Medium (Luft oder Sauerstoff) auf die Bandoberfläche bzw. auf das noch flüssige Überzugsmaterial gebracht, was sich ansonsten bei niedrigen Schichtdicken und hohen Abstreifdrücken häufig sehr negativ auf die Oberfläche des Bandes und damit auf die Qualität auswirkt. In diesem Zusammenhang ergibt sich auch in besonders wirtschaftlicher Weise, dass keine kostenintensiven Medien (Stickstoff) und keine Energie (für Gebläseantriebe) mehr benötigt werden, was den gesamten Prozess vereinfacht und ökonomischer macht. Auch die für die Pottrollenwechsel erforderlichen Stillstände der Anlage entfallen, und die Anlage kann wesentlich höhere Bandgeschwindigkeiten und damit höhere Anlagenleistungen auch bei der Beschichtung dünner Bänder erreichen.
Bei der kontinuierlichen Feuerverzinkung gibt es neben dem reinen feuerverzinkten Feinblech (der Überzug enthält hier nahezu ausschließlich Zink mit bis zu 1 Massen-Prozent Aluminium) die Variante des Galvannealed-Feinblechs. Der Überzug dieses Materials besteht aus einer Fe-Zn-Legierungsschicht mit bis zu 13 Massen-Prozent Fe und ist durch eine Diffusionsglühung direkt im Anschluss an die Feuerverzinkung entstanden.
In einer Produktionsanlage für Galvannealed-Feinblech gemäß dem Stand der Technik ist ein (Nachglüh-)Ofen oberhalb der Abstreifdüsen installiert, der dem Band die für den Diffusionsvorgang notwendige Wärme zuführt. Galvannealed- Feinblech ist fast ausschließlich ein Produkt für die Automobilindustrie und wird mit dünnen Überzügen versehen.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren lässt sich in besonders vorteilhafter Weise Galvannealed-Feinblech bei hohen Band- und Zinkbadtemperaturen ohne zusätzliche Nacherwärmung direkt aus der Schmelze herstellen. Hierzu wird die Kühleinrichtung 9 oberhalb des Tauchbades 3 abgeschaltet.
Während bei herkömmlichen Verfahren die Abstreif-Düsensysteme das aus der Schmelze kommende Band signifikant abkühlen, ist dies bei der vorgeschlagenen Vorgehensweise mit abgeschalteter Kühleinrichtung 9 nicht der Fall. Weiterhin liegt die Tauchbadtemperatur bei vorbekannten Verfahren deutlich niedriger als dies beim erfindungsgemäßen Vorschlag der Fall sein kann, weil bei den Lösungen gemäß dem Stand der Technik der Entstehung von Bodenschlacke entgegengewirkt werden muss. Bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ist dies aufgrund des sehr kleinen Tauchbades kein Problem; hier kann Bodenschlacke kaum entstehen, so dass auch insofern die Qualität des Produkts verbessert werden kann.
Der Diffusionsvorgang bei der Herstellung von Galvannealed-Feinblech kann bei vorbekannten Verfahren im Anschluss an die Verzinkung daher nicht ablaufen und bedarf einer erneuten Wärmezufuhr. Dies ist bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise in vorteilhafter Weise nicht notwendig; die noch im Band vorhandene Wärmemenge reicht nämlich für die Diffusion aus. Bezugszeichenliste 1 zu beschichtendes Gut
2 metallisches Überzugsmaterial
3 Tauchbad
4 Vorrichtung zur Messung der Dicke der Schicht
5 Steuer- oder Regelvorrichtung
5a Differenzbilder
5b Regler
6 Mittel zur Beeinflussung bzw. Veränderung eines Parameters des Beschichtungsprozesses
6' Antriebsmotor
6" Induktionsheizung für das Tauchbad 3
6''' Schmelzepumpe
6"" Induktionsheizung für das Gut 1
7 Vorratsbehälter
8 magnetischer Verschluss
9 Kühleinrichtung
10 Durchführungskanal
11 Rolle
12 Ofen
13 Kanal
14 Ofengehäuse
d_Ist Dicke der auf das Gut 1 aufgebrachten Schicht
d_Soll vorgegebenen Wert der Schichtdicke
d₀ Dicke des Guts 1
Δ Differenz zwischen d_Ist und d_Soll
P Parameter des Beschichtungsprozesses
v Transportgeschwindigkeit
R Förderrichtung
T Schmelzbadtemperatur
L Tauchlänge
h Schmelzbadhöhe
T_B ;Temperatur des Guts vor dem Tauchbad
t Eintauchdauer

Claims

1. Verfahren zum Beschichten der Oberfläche von strangförmigem metallischen Gut (1), insbesondere Band oder Draht, durch Aufbringen eines metallischen Überzugsmaterials (2), bei dem das zu beschichtende Gut (1) kontinuierlich ein mit schmelzflüssigem Überzugsmaterial (2) gefülltes Tauchbad (3) durchläuft, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die Schritte aufweist:

a) Messen der Dicke (d_Ist) der auf das Gut (1) aufgebrachten Schicht Überzugsmaterial (2) nach dem Tauchbad (3);

b) Vergleichen der gemessenen Dicke (d_Ist) mit einem vorgegebenen Wert der Schichtdicke (d_Soll) und Ermittlung der Differenz (Δ) zwischen beiden Werten;

c) Abhängig von der ermittelten Differenz (Δ): Beeinflussen bzw. Verändern mindestens eines Parameters (P) des Beschichtungsprozesses, um den gemessenen Wert (d_Ist) dem vorgegebenen Wert (d_Soll) anzunähern.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zu beschichtende Gut (1) das Tauchbad (3) vertikal nach oben durchläuft.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter des Beschichtungsprozesses die Transportgeschwindigkeit (v) des zu beschichtenden Guts (1) in Förderrichtung (R) des Guts (1) ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei zu großer gemessener Dicke (d_Ist) die Transportgeschwindigkeit (v) erhöht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter des Beschichtungsprozesses die Schmelzbadtemperatur (T) im Tauchbad (3) ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei zu großer gemessener Dicke (d_Ist) die Schmelzbadtemperatur (T) erhöht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter des Beschichtungsprozesses die Tauchlänge (L) bzw. die Schmelzbadhöhe (h) ist, in der das zu beschichtende Gut (1) Kontakt mit dem schmelzflüssigen Überzugsmaterial (2) im Tauchbad (3) hat.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei zu großer gemessener Dicke (d_Ist) die Tauchlänge (L) bzw. Schmelzbadhöhe (h) erniedrigt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter des Beschichtungsprozesses die Temperatur (T_B) des Guts (1), vorzugsweise vor dem Eintritt in das Tauchbad (3), ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei zu großer gemessener Dicke (d_Ist) die Temperatur (T_B) des Guts (1) erhöht wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter des Beschichtungsprozesses die Eintauchdauer (t) des zu beschichtenden Guts (1) im Tauchbad (3) ist.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei zu großer gemessener Dicke (d_Ist) die Eintauchdauer (t) erniedrigt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Parameter des Beschichtungsprozesses die Zusammensetzung der Schmelze im Tauchbad (3) ist.

14. Vorrichtung zum Beschichten der Oberfläche von strangförmigem metallischen Gut (1), insbesondere Band oder Draht, durch Aufbringen eines metallischen Überzugsmaterials (2) beim kontinuierlichen, vorzugsweise vertikalen, Durchlauf des zu beschichtenden Guts (1) durch ein Tauchbad (3) mit schmelzflüssigem Überzugsmaterial (2), dadurch gekennzeichnet, dass in Förderrichtung (R) hinter dem Tauchbad (3) eine Vorrichtung (4) zur Messung der Dicke (d_Ist) der auf das Gut (1) aufgebrachten Schicht Überzugsmaterial (2) angeordnet ist, die den gemessenen Wert der Dicke (d_Ist) einer Steuer- oder Regelvorrichtung (5) zuleitet, die geeignet ist, den gemessenen Wert (d_Ist) mit einem vorgegebenen Wert der Schichtdicke (d_Soll) zu vergleichen und abhängig von der ermittelten Differenz (Δ) zwischen beiden Werten Mittel (6) anzusteuern, mit denen mindestens ein Parameter (P) des Beschichtungsprozesses beeinflusst bzw. verändert werden kann, um den gemessenen Wert (d_Ist) dem vorgegebenen Wert (d_Soll) anzunähern.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (6') die Transportgeschwindigkeit (v) des zu beschichtenden Guts (1) in Förderrichtung (R) des Guts (1) beeinflusst.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (6") die Schmelzbadtemperatur (T) im Tauchbad (3) beeinflusst.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (6''') die Tauchlänge (L) bzw. die Schmelzbadhöhe (h), in der das zu beschichtende Gut (1) Kontakt mit dem schmelzflüssigen Überzugsmaterial (2) im Tauchbad (3) hat, beeinflusst.

18. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel (6"") die Temperatur (T_B) des Guts (1), vorzugsweise vor dem Eintritt in das Tauchbad (3), beeinflusst.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Tauchbad (3) mit einem Vorratsbehälter (7) für schmelzflüssiges Überzugsmaterial (2) in Verbindung steht.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Fassungsvolumen des Tauchbades (3) wesentlich kleiner ist als das Fassungsvolumen des Vorratsbehälters (7).

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Fassungsvolumen des Tauchbades (3) höchstens 20%, vorzugsweise höchstens 10%, des Fassungsvolumen des Vorratsbehälters (7) beträgt.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass im Bodenbereich des Tauchbads (3) ein magnetischer Verschluss (8) angeordnet ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des Tauchbads (3) eine Kühleinrichtung (9) für das beschichtete Gut (1) angeordnet ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (4) zur Messung der Dicke (d_Ist) zwischen Tauchbad (3) und Kühleinrichtung (9) angeordnet ist.