DE102004030207A1

DE102004030207A1 - Vorrichtung zum kontinuierlichen Schmelztauchbeschichten eines Metallstranges

Info

Publication number: DE102004030207A1
Application number: DE102004030207A
Authority: DE
Inventors: Peter De Kock
Original assignee: SMS Demag AG
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2004-06-22
Filing date: 2004-06-22
Publication date: 2006-01-19
Anticipated expiration: 2024-06-23
Also published as: DE102004030207B4

Abstract

Bei einer Vorrichtung (1) zum kontinuierlichen Schmelztauchbeschichten eines Metallstranges, wobei die Vorrichtung einen Beschichtungsbehälter (2) für schmelzflüssiges Metall (3) und eine Walze (4) aufweist, die bei der Beschichtung des Metallstranges in das schmelzflüssige Metall (3) eintaucht, wobei die Walze (4) durch mindestens ein außerhalb des schmelzflüssigen Metalls (3) angeordnetes Lager (5) gelagert ist und wobei die in dem Lager (5) gelagerte Welle (6) der Walze (4) eine Wandung (7) des Beschichtungsbehälters (2) durchtritt, sind Mittel (8) zum Eingeben eines inerten Gases (N₂), insbesondere von Stickstoff, in den Bereich des Lagers (5) zu dessen Abdichtung gegen schmelzflüssiges Metall (3) vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Schmelztauchbeschichten eines Metallstranges, wobei die Vorrichtung einen Beschichtungsbehälter für schmelzflüssiges Metall und eine Walze aufweist, die bei der Beschichtung des Metallstranges in das schmelzflüssige Metall eintaucht, wobei die Walze durch mindestens ein außerhalb des schmelzflüssigen Metalls angeordnetes Lager gelagert ist und wobei die in dem Lager gelagerte Welle der Walze eine Wandung des Beschichtungsbehälters durchtritt.

Beim Schmelztauchbeschichten eines Metallstranges wird der Strang in einen Beschichtungsbehälter geleitet, in dem sich geschmolzenes Beschichtungsmetall befindet. Dabei tritt der Strang zumeist schräg von oben in den Beschichtungsbehälter und in das sich in diesem befindlichen Beschichtungsmetall ein. Um den Metallstrang zu führen und ihn nach dem Eintauchen in das Beschichtungsmetall vertikal nach oben umzulenken, ist eine Walze notwendig, die im flüssigen Beschichtungsmetall drehbar angeordnet ist und den Metallstrang umlenkt.

Problematisch ist dabei, dass die Lagerung der Walze hierzu meistens ebenfalls in das Beschichtungsmetall eintauchen muss. Das flüssige Beschichtungsmetall stellt ein aggressives Medium dar, das das Lager angreift und seine Gebrauchsdauer reduziert.

Es sind Lösungen bekannt geworden, die hier Abhilfe schaffen wollen, indem das Lager in verschiedener Weise vor dem Beschichtungsmetall geschützt wird. Es wird beispielhaft auf die EP 0 556 833 B1 , auf die EP 0 610 167 B1 , auf die DE 43 07 282 A1 , auf die JP 0 403 64 50 A , auf die JP 0 418 77 50 A , auf die JP 0 403 64 48 A und auf die JP 0 403 64 49 A hingewiesen. Aus diesen Dokumenten sind verschiedene Ansätze bekannt, um das in flüssiges Beschichtungsmetall eintauchende Lager vor dem aggressiven Medium zu schützen.

So ist durch beispielsweise die EP 0 556 833 B1 ein Lager bekannt geworden, bei dem die Kontaktflächen der Walzenwelle und des Lagers aus einem Graphit-Kohlenstofffaser-Verbundmaterial mit in Graphit verteilten Kohlenstofffasern hergestellt sind, wobei die zum Einsatz kommenden Rollenelemente aus gesintertem keramischen Material bestehen.

Ein anderer Weg wird in der JP 2000 120 713 beschritten. Hieraus geht eine Vorrichtung der eingangs genannten Art hervor, bei der das Lager der Walze nicht in flüssiges Beschichtungsmetall eintaucht. Vielmehr durchsetzt die Walzenwelle die Seitenwand des Beschichtungsbehälters, und das Lager der Walze ist so angeordnet, dass es nicht mit flüssigem Metall in Kontakt kommt. Indes besteht die Problematik bei dieser Lösung darin, dass eine Abdichtung der Durchtrittsstelle der Walzenwelle durch die Seitenwand des Beschichtungsbehälters vorgesehen werden muss, was schwierig zu bewerkstelligen ist. Die Dichtung wird hier durch eine eng tolerierte Buchse erzielt, durch die die Walzenwelle durchtritt.

Diese Abdichtung genügt indes nicht den Anforderungen, die an eine hochproduktive Beschichtungsvorrichtung der gattungsgemäßen Art gestellt werden. Vielmehr kommt es zum Ausfluss von Beschichtungsmetall, was den Prozess erheblich stört.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass die erläuterten Nachteile vermieden werden. Es soll eine hohe Dichtigkeit an der Durchtrittsstelle der Walzenwelle durch die Seitenwand des Beschichtungsbehälters sichergestellt werden, wodurch aufgrund der Bauart gleichzeitig die Walzenlager eine sehr hohe Gebrauchsdauer erreichen sollen.

Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist gekennzeichnet durch Mittel zum Eingeben eines inerten Gases, insbesondere von Stickstoff, in den Bereich des Lagers zu dessen Abdichtung gegen schmelzflüssiges Metall.

Durch die erfindungsgemäße Beaufschlagung des außerhalb des Beschichtungsbehälters angeordneten Lagerbereichs mit Stickstoffgas kommt es zu einer Gasdichtung, so dass kein Beschichtungsmetall aus dem Behälter austreten kann. Damit ist die Dichtigkeit der Durchtrittsstelle der Walzenwelle durch die Seitenwand des Beschichtungsbehälters gewährleistet.

Eine Fortbildung sieht eine Buchse vor, die mit vorgegebener Toleranz zum Durchmesser der Welle der Walze, insbesondere mit Spielpassung, versehen und in der Wandung des Beschichtungsbehälters angeordnet ist.

Durch die Spielpassung wird ein nur geringer Volumenstrom Inertgas, insbesondere Stickstoffgas, benötigt, der vom Lagerbereich in das Innere des Beschichtungsbehälters geleitet wird, so dass dem Austritt von Beschichtungsmetall durch den Ringspalt zwischen Walzenwelle und Buchse entgegengewirkt wird.

Die Mittel zum Eingeben des inerten Gases können dabei so angeordnet sein, dass sie das Gas außerhalb des Beschichtungsbehälters nahe der Durchtrittsstelle der Welle durch die Wandung einleiten, wodurch eine effektive Abdichtung erreicht werden kann.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung sieht ein Gasabscheideelement vor, das im Inneren des Beschichtungsbehälters zwischen dem axialen Ende der Walze und der Wandung angeordnet ist. Das durch den Ringspalt zwischen Buchse und Walzenwelle in das Beschichtungsmetall eintretende Inertgas kann beim seinem Aufsteigen im Beschichtungsmetall an der Badoberfläche dann keinen unruhigen Badspiegel hervorrufen, was die Qualität der Beschichtung erhöht.

Das Gasabscheideelement kann dabei plattenförmig ausgebildet und parallel zur Wandung des Beschichtungsbehälters in einem Abstand zur Wandung angeordnet sein.

Mit Vorteil leiten die Mittel zum Eingeben des inerten Gases dieses in einen Raum, der außerhalb des Beschichtungsbehälters zwischen dem Lager und der Wandung angeordnet ist. Falls doch einmal etwas Beschichtungsmetall austreten sollte, kann in vorteilhafter Weise unterhalb dieses Raums ein Auffangbehälter für schmelzflüssiges Metall angeordnet werden.

Eine besonders wirtschaftliche Betriebsweise wird möglich, wenn Mittel zum Auffangen des inerten Gases im Bereich der Oberfläche des schmelzflüssigen Metalls im Beschichtungsbehälter vorgesehen werden. Bevorzugt stehen die Mittel zum Auffangen des Gases mit den Mitteln zum Zuleiten des Gases fluidisch in Verbindung. Hiernach ist also eine Gasrückgewinnung vorgesehen, was die Betriebskosten der erfindungsgemäßen Anlage verringert.

Mit Vorteil ist ein Drehantrieb für die Walze außerhalb des Beschichtungsbehälters angeordnet.

Um in besonders einfacher Weise einen Walzenwechsel zu ermöglichen, was äußerst vorteilhaft für die Wirtschaftlichkeit der Vorrichtung ist, kann die Welle der Walze mit dieser lösbar verbunden sein. Ferner kann die lösbare Verbindung durch eine auf einer kegelförmigen Zentrierung angeordnete auswechselbare Buchse gebildet werden. Ein besonders einfacher Walzenwechsel wird möglich, wenn das Lager so in einem Lagergehäuse angeordnet ist, dass es mitsamt der Welle der Walze in axiale Richtung abgezogen werden kann.

Um den Ausfluss von Beschichtungsmetall aus dem Beschichtungsbehälter während des Walzenwechsels zu unterbinden, kann mit besonderem Vorteil weiterhin vorgesehen werden, dass der Beschichtungsbehälter so gelagert ist, dass er um eine Achse parallel zur Achse der Walze geschwenkt werden kann. Der Beschichtungsbehälter kann insbesondere so ausgebildet sein, dass bei seiner Füllung mit einer für die Beschichtung des Metallstranges hinreichenden Menge schmelzflüssigen Metalls die Walze in einer ersten Stellung gänzlich in das schmelzflüssige Metall eintaucht und dass in einer zweiten Stellung die Achse der Walze über der Oberfläche des schmelzflüssigen Metalls liegt.

Mit dem Erfindungsvorschlag wird eine Schmelztauchbeschichtungsvorrichtung geschaffen, mit der in sehr wirtschaftlicher Weise der Beschichtungsprozess durchgeführt werden kann, ohne dass es einer besonders aufwendigen Ausgestaltung der Vorrichtung bedarf.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Es zeigen:
1 die Ansicht eines Teils einer Schmelztauchbeschichtungsvorrichtung gemäß dem Schnitt X-Y nach 2,
2 die Ansicht Z gemäß 1 der gesamten Schmelztauchbeschichtungsvorrichtung in einer ersten Schwenkposition, nämlich in der Arbeitsposition, und
3 die zu 2 analoge Ansicht der Schmelztauchbeschichtungsvorrichtung in einer zweiten Schwenkposition, nämlich in der Position für den Wechsel der Walze.
In 1 ist ein Teil einer Schmelztauchbeschichtungsvorrichtung 1 zu sehen, und zwar der Endbereich der Walze 4 samt der sich anschließenden Walzenwelle 6 sowie deren Lagerung 5. Die in 1 skizzierte Anordnung findet sich analog am anderen axialen Ende der Walze 4.
Die Walze 4 ist in einem Beschichtungsbehälter 2 angeordnet, der mit schmelzflüssigem Metall 3 gefüllt ist. In 2, die den Beschichtungsbetrieb eines Metallstranges 21 mit Beschichtungsmetall 3 illustriert, ist zu sehen, dass der Metallstrang 21 schräg von oben in Förderrichtung F in das Beschichtungsmetall 3 eintritt und durch die Walze 4 umgelenkt wird. Vor dem Eintritt des Metallstrangs 21 wird dieser in einem Ofen 22 erwärmt und so in die benötigte Kondition gebracht, die für ein effizientes Beschichten nötig ist. Der beschichtete Metallstrang 21 tritt nach seiner Umlenkung vertikal nach oben aus dem Beschichtungsmetall 3 aus.
In 1 ist weiter zu sehen, dass die Welle 6 der Walze 4 die seitliche Wandung 7 des Beschichtungsbehälters 7 durchtritt. Der Durchtritt wird durch eine Buchse 10 definiert, die hinsichtlich des Durchmessers der Welle 6 der Walze 4 an der Durchtrittsstelle 11 der Welle 6 durch die Wandung 7 so toleriert ist, dass eine Spielpassung vorliegt. Dadurch wird die Drehung der Welle 6 durch die Buchse 10 nicht behindert.
Sowohl die Buchse 10 als auch die Welle 6 der Walze 4 sind aus widerstandsfähigem Material ausgeführt.
Im Bereich 9 des Lagers 5 sind Mittel 8 zum Eingeben von Stickstoff angeordnet. Diese Mittel 8 sind nur sehr schematisch skizziert. Zu erkennen ist, dass über eine Leitung Stickstoff zugeführt wird, und zwar in einen Raum 14, der zwischen dem Bereich 9 des Lagers 5 und der Wandung 7 angeordnet ist. In Abhängigkeit des Überdrucks des zugeleiteten Stickstoffs in den Raum 14, der vorzugsweise zumindest einige Hundert Millibar beträgt, tritt ein gewisser Mengenstrom Stickstoff durch den Ringspalt zwischen dem Außendurchmesser der Welle 6 und dem Innendurchmesser der Buchse 10 durch die Wandung 7 des Beschichtungsbehälters 2 in das Innere des Behälters und damit in das Beschichtungsmetall 3 ein.
Damit die im Beschichtungsmetall 3 aufsteigenden Gasblasen an der Oberfläche keine Beunruhigung des Badspiegels erzeugen, ist ein Gasabscheideelement 12 vorgesehen. Es handelt sich dabei um eine im wesentlichen ebene Platte, die in einem Abstand a zur Wandung 7 des Beschichtungsbehälters 2 angeordnet ist, und zwar so, dass die zwischen der Wandung 7 und dem axialen Ende 13 der Walze 4 zu liegen kommt.
Im oberen Bereich des Gasabscheideelements 12 ist eine quer verlaufende Platte 16 vorgesehen, die einen oberen Abschluss des Gasabscheideelements 12 und Mittel zum Auffangen des Stickstoffgases bildet. An der Platte 16 ist eine Gasleitung 23 angeordnet, in die ein Filter 24 sowie eine Pumpe 25 integriert ist. Die Pumpe 25 fördert das rückgewonnene Gas wieder den Mitteln 8 zum Eingeben des Gases zu. Auf diese Art und Weise kann eine Gasrückgewinnung bewerkstelligt werden, so dass die Kosten für das Zurverfügungstellen von Stickstoffgas gering gehalten werden können. Im übrigen kann dadurch die Buchse 10 mit einem hinreichend hohen Volumenstrom Stickstoff abgedichtet werden, weil die Kosten für Stickstoff nicht mehr erheblich sind.
Falls doch einmal Beschichtungsmetall 3 aus dem Beschichtungsbehälter 2 austreten sollte, ist vorsorglich ein Auffangbehälter 15 vorgesehen, der unterhalb des Raums 14 positioniert ist. In jedem Falle wird dadurch Beschichtungsmetall 3 vom Lager 5 fern gehalten, so dass die Gebrauchsdauer des Lagers 5 hoch ist.
Zusätzlich sind beidseitig der Buchse 10 scheibenförmig ausgebildete Prallbleche 26 und 27 vorgesehen. Das Prallblech 26 bremst den gegebenenfalls stattfindenden Austritt von Beschichtungsmetall 3 aus dem Beschichtungsbehälter 2. Das Prallblech 27 sorgt für eine schnelle Umlenkung des eintretenden Stickstoffs nach oben.
Die Walze 4 wird durch einen nur sehr schematisch skizzierten Antrieb 17 in Form eines Elektromotors gedreht, der außerhalb des Beschichtungsbehälters 2 angeordnet ist.
Durch den Antrieb 17 der Walze 4 wird eine saubere Führung des Metallstranges 21 sichergestellt. Damit ist das Abbremsen des Metallstranges durch das Beschichtungsmetall sowie der Aufschwimmeffekt des Stranges unerheblich.
Der Walzenwechsel kann bei der vorgeschlagenen Schmelztauchbeschichtungsvorrichtung in besonders einfacher Weise erfolgen:
Walze 4 und Walzenwelle 6 sind über eine auf einer kegelförmigen Zentrierung angeordneten auswechselbaren Buchse 18 miteinander verbunden. Diese erlaubt ein axiales Abziehen bzw. Lösen der Walzenwelle 6 von der Walze 4. Der Antrieb erfolgt über Reibschluss, da die zu übertragenden Momente gering sind. Die Walzenwelle 6 ist über das Lager 5 in einem Zwischenteil 28 gelagert, das wiederum in einer zylindrischen Bohrung in einem Lagergehäuse 19 festgelegt ist.
Das Zwischenteil 28 kann nach Lösung seiner Befestigung am Lagergehäuse 19 in Achsrichtung aus dem Lagergehäuse 19 abgezogen werden (s. Doppelpfeil 29). Erfolgt dies, wird die Verbindung zwischen Walze 4 und Walzenwelle 6 gelöst, so dass die Walze radial angehoben werden kann. Dadurch ist ein einfacher Wechsel der Walze 4 möglich.
Um dies ohne Gefahr des Auslaufens von Beschichtungsmetall 3 aus dem Beschichtungsbehälter 2 zu bewerkstelligen, ist eine Ausbildung und Aufhängung des Beschichtungsbehälters 2 vorgesehen, wie es aus den 2 und 3 hervorgeht.
Der Beschichtungsbehälter 2 ist um eine Achse 20 drehbar gelagert, wobei die Achse 20 parallel zur Walzenachse verläuft. Ein Hubsystem 30 ermöglicht die Positionierung des Beschichtungsbehälters 2 in zwei Stellungen:
In 2 ist eine Stellung A skizziert, die der normalen Arbeitsposition entspricht.
In 3 hat das Hubsystem 30 den Beschichtungsbehälter 2 in eine Position B angehoben, in der der Walzenwechsel erfolgen kann. Wie zu sehen ist, kommt der Badspiegel des Beschichtungsmetalls 3 in dieser Position unterhalb der Achse der Walze 4 zu liegen, so dass kein schmelzflüssiges Beschichtungsmetall 3 während der Walzenwechsels durch die Buchsen 10 und durch die Wandung 7 des Beschichtungsbehälters 2 auslaufen kann.
Insbesondere entsteht durch das Zusammenwirken der vorgeschlagenen Maßnahmen eine optimal arbeitende Vorrichtung zum Schmelztauchbeschichten, deren Betriebskosten gering sind. Die Gasdichtung arbeitet sehr effizient und verhindert ein Auslaufen von Beschichtungsmetall aus dem Beschichtungsbehälter. Eine mechanische Dichtung, die sehr anfällig gegen das aggressive Beschichtungsmetall wäre, ist hierfür nicht erforderlich.

1: Vorrichtung
2: Beschichtungsbehälter
3: schmelzflüssiges Metall
4: Walze
5: Lager
6: Welle der Walze
7: Wandung des Beschichtungsbehälters
8: Mittel zum Eingeben eines inerten Gases
9: Bereich des Lagers
10: Buchse
11: Durchtrittsstelle der Welle durch die Wandung
12: Gasabscheideelement
13: axiales Ende der Walze
14: Raum
15: Auffangbehälter
16: Mittel zum Auffangen des inerten Gases (Platte)
17: Drehantrieb
18: auswechselbare Buchse
19: Lagergehäuse
20: Achse
21: Metallstrang
22: Ofen
23: Gasleitung
24: Filter
25: Pumpe
26: Prallblech
27: Prallblech
28: Zwischenteil
29: Doppelpfeil
30: Hubsystem
N₂: inertes Gas (Stickstoff)
a: Abstand
A: erste Stellung des Beschichtungsbehälters
B: zweite Stellung des Beschichtungsbehälters
F: Förderrichtung des Metallstranges

Claims

Vorrichtung (1) zum kontinuierlichen Schmelztauchbeschichten eines Metallstranges, wobei die Vorrichtung einen Beschichtungsbehälter (2) für schmelzflüssiges Metall (3) und eine Walze (4) aufweist, die bei der Beschichtung des Metallstranges in das schmelzflüssige Metall (3) eintaucht, wobei die Walze (4) durch mindestens ein außerhalb des schmelzflüssigen Metalls (3) angeordnetes Lager (5) gelagert ist und wobei die in dem Lager (5) gelagerte Welle (6) der Walze (4) mindestens eine Wandung (7) des Beschichtungsbehälters (2) durchtritt, gekennzeichnet durch Mittel (8) zum Eingeben eines inerten Gases (N₂), insbesondere von Stickstoff, in den Bereich (9) des Lagers (5) zu dessen Abdichtung gegen schmelzflüssiges Metall (3).
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens eine Buchse (10), die mit vorgegebener Toleranz zum Durchmesser der Welle (6) der Walze (4), insbesondere mit Spielpassung, versehen und in der Wandung (7) des Beschichtungsbehälters (2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (8) zum Eingeben des inerten Gases (N₂) so angeordnet sind, dass sie das Gas außerhalb des Beschichtungsbehälters (2) nahe der Durchtrittsstelle (11) der Welle (6) durch die Wandung (7) einleiten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein Gasabscheideelement (12), das im Inneren des Beschichtungsbehälters (2) zwischen dem axialen Ende (13) der Walze (4) und der Wandung (7) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasabscheideelement (12) plattenförmig ausgebildet ist und parallel zur Wandung (7) des Beschichtungsbehälters (2) in einem Abstand (a) zur Wandung (7) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (8) zum Eingeben des inerten Gases (N₂) das Gas in einen Raum (14) leiten, der außerhalb des Beschichtungsbehälters (2) zwischen dem Lager (5) und der Wandung (7) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des Raums (13) ein Auffangbehälter (15) für schmelzflüssiges Metall (3) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch Mittel (16) zum Auffangen des inerten Gases (N₂) im Bereich der Oberfläche des schmelzflüssigen Metalls (3) im Beschichtungsbehälter (2).
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (16) zum Auffangen des inerten Gases (N₂) mit den Mitteln (8) zum Zuleiten des Gases fluidisch in Verbindung stehen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehantrieb (17) für die Walze (4) außerhalb des Beschichtungsbehälters (2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (6) lösbar mit der Walze (4) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die lösbare Verbindung als kegelförmige Zentrierung mit auswechselbarer Buchse (18) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (5) so in einem Lagergehäuse (19) angeordnet ist, dass es mitsamt der Welle (6) der Walze (4) in axiale Richtung abziehbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungsbehälter (2) so gelagert ist, dass er um eine Achse (20) parallel zur Achse der Walze (4) schwenkbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschichtungsbehälter (2) so ausgebildet ist, dass bei seiner Füllung mit einer für die Beschichtung des Metallstranges hinreichenden Menge schmelzflüssigen Metalls (3) die Walze in einer ersten Stellung (A) zumindest weitgehend, vorzugsweise gänzlich, in das schmelzflüssige Metall (3) eintaucht und dass in einer zweiten Stellung (B) die Achse der Walze (4) über der Oberfläche des schmelzflüssigen Metalls (3) liegt.