DE102005012296A1

DE102005012296A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Entzundern eines Metallbandes

Info

Publication number: DE102005012296A1
Application number: DE102005012296A
Authority: DE
Inventors: Holger Dr. Behrens; Rolf Brisberger; Klaus Dr. Frommann; Matthias Dr. Kretschmer; Rüdiger ZERBE
Original assignee: SMS Demag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2005-03-17
Publication date: 2006-09-21
Also published as: UA89810C2; EG24523A; EA200701265A1; CA2589605C; CN101142037A; AU2006224727B2; EP1814678B2; ES2306432T3; AU2009202178B2; CA2589605A1; KR101158334B1; US20110195200A1; ZA200703347B; EA010615B1; EP1814678B1; KR20070112759A; PL1814678T3; RS51457B; MY139748A; TW200643219A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entzundern eines Metallbandes (1), insbesondere eines warmgewalzten Bandes aus Normalstahl oder eines warm- oder kaltgewalzten Bandes aus austenitischem oder ferritischem rostfreien Stahl, bei dem das Metallband (1) in einer Förderrichtung (R) durch mindestens eine Plasma-Entzundervorrichtung (2, 3) geführt wird, in der es einer Plasmaentzunderung unterzogen wird. Zur Verbesserung der Herstellung eines solchen Metallbandes ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Metallband (1) im Anschluss an das Plasmaentzundern in der mindestens einen Plasma-Entzundervorrichtung (2, 3) in einer Kühlvorrichtung (4, 5) derart einer geregelten Kühlung unterzogen wird, dass es hinter der Kühlvorrichtung (4, 5) eine definierte Temperatur aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren, bei dem das Band unter Nutzung der Erwärmung durch die Plasmaentzunderung nach dieser mit einer Beschichtung aus Überzugsmetall versehen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entzundern eines Metallbandes, insbesondere eines warmgewalzten Bandes aus Normalstahl oder eines warm- oder kaltgewalzten Bandes aus austenitischem oder ferritischem rostfreien Stahl, bei dem das Metallband in eine Förderrichtung durch mindestens eine Plasma-Entzundervorrichtung geführt wird, in der er einer Plasmaentzunderung unterzogen wird. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Entzundern eines Metallbandes.
Für die Weiterverarbeitung – z. B. durch Kaltwalzen, für eine metallische Beschichtung oder die direkte Verarbeitung zu einem Endprodukt – muss Stahlband eine zunderfreie Oberfläche haben. Daher muss der beispielsweise beim Warmwalzen und während der nachfolgenden Abkühlung entstandene Zunder restlos entfernt werden. Dies erfolgt bei vorbekannten Verfahren durch einen Beizprozess, wobei der aus den verschiedenen Eisenoxiden (FeO, Fe₃O₄, Fe₂O₃) oder bei nichtrostenden Stählen auch aus chromreichen Eisenoxiden bestehende Zunder je nach Stahlqualität mittels verschiedener Säuren (z.B. Salzsäure, Schwefelsäure, Salpetersäure oder Mischsäure) bei erhöhten Temperaturen durch chemische Reaktion mit der Säure gelöst wird. Vor dem Beizen ist bei Normalstahl noch eine zusätzliche mechanische Behandlung durch Streckbiegerichten erforderlich, um den Zunder aufzubrechen und somit ein schnelleres Eindringen der Säure in die Zunderschicht zu ermöglichen. Bei den wesentlich schwieriger zu beizenden nichtrostenden, austenitischen und ferritischen Stählen sind ein Glühen und eine mechanische Vorentzunderung des Bandes beim Beizprozess vorgeschaltet, um eine möglichst gut beizbare Bandoberfläche zu erzielen. Nach dem Beizen muss das Stahlband gespült, getrocknet und je nach Bedarf eingeölt werden, um eine Oxidation zu verhindern.
Das Beizen von Stahlband wird in kontinuierlichen Linien durchgeführt, deren Prozessteil in Abhängigkeit von der Bandgeschwindigkeit eine sehr große Länge haben kann. Derartige Anlagen erfordern daher sehr hohe Investitionen. Der Beizprozess erfordert außerdem sehr viel Energie und einen hohen Aufwand für die Entsorgung der Abwässer und die Regenerierung der Salzsäure, die bei Normalstahl meistens verwendet wird.

Es gibt daher im Stand der Technik verschiedenartige Ansätze, die Entzunderung von metallischen Strängen ohne Einsatz von Säuren zu bewerkstelligen. Bisher bekannte Entwicklungen basieren hier zumeist auf einer mechanischen Entfernung des Zunders (z. B. Ishiclean-Verfahren, APO-Verfahren). Allerdings sind derartige Verfahren hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit und Qualität der entzunderten Oberfläche für die industrielle Entzunderung von breitem Stahlband nicht geeignet. Daher wird bei der Entzunderung derartigen Bandes nach wie vor auf den Einsatz von Säuren gesetzt.

Die Nachteile hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit und der Umweltbelastung müssen daher bislang in Kauf genommen werden.

Neuere Ansätze für das Entzundern von metallischen Strängen setzen auf die Plasma-Technologie. Solche Verfahren und Vorrichtungen der eingangs genannten Art zum Entzundern von Metallsträngen mit unterschiedlicher Geometrie, bei spielsweise von Metallbändern oder von Metalldraht, sind im Stand der Technik bereits in verschiedener Ausgestaltung bekannt. Es wird exemplarisch auf die WO 2004/044257 A1, auf die WO 2000/056949 A1 und auf die RU 2 145 912 C1 hingewiesen. Bei der dort offenbarten Plasma-Entzunderungstechnologie läuft das zu entzundernde Gut zwischen speziellen Elektroden, die sich in einer Vakuumkammer befinden. Die Entzunderung erfolgt durch das zwischen Stahlband und Elektroden erzeugte Plasma, wobei eine metallische blanke Oberfläche ohne Rückstände erzeugt wird. Die Plasma-Technologie stellt damit eine wirtschaftliche, qualitativ einwandfreie und umweltfreundliche Möglichkeit der Entzunderung und Reinigung von Stahloberflächen dar. Sie ist einsetzbar für Normalstahl und für nichtrostenden, austenitischen und ferritischen Stahl. Eine spezielle Vorbehandlung ist nicht erforderlich.

Bei der Plasmaentzunderung läuft das Band also zwischen oberhalb und unterhalb des Bandes angeordneten Elektroden durch eine Vakuumkammer. Das Plasma befindet sich zwischen den Elektroden und der Bandoberfläche auf beiden Seiten des Bandes. Dabei ergibt sich durch das auf den Zunder einwirkende Plasma die Entfernung der Oxide auf der Bandoberfläche, die mit einer Temperaturerhöhung des Bandes verbunden ist; diese kann sehr nachteilig sein. Die Temperaturerhöhung kann beim Austreten des entzunderten Bandes aus dem Vakuum an Luft zur Bildung eines Oxidfilms auf der Bandoberfläche führen, der für weitere Verarbeitungsstufen wie Kaltwalzen oder die direkte Verarbeitung von Warmband nicht zulässig ist.

Dass zur Verbesserung dieser Situation eine der Plasmaentzunderung nachfolgende Kühlung des Metallbandes erfolgen kann, ist aus verschiedenen Lösungen bekannt geworden, beispielsweise aus der JP 07132316 A , der JP 06279842 A , der JP 06248355 A , der JP 03120346 A , der JP 2001140051 A und der JP 05105941 A . Die aus diesem Schrifttum hervorgehenden Konzepte stellen jedoch auf Maßnahmen zum Kühlen ab, die zum Teil mit erheblichen Nachteilen verbun den oder relativ uneffizient sind. So kommt beispielsweise ein zur Kühlung aufgesprühtes Medium zum Einsatz, was es erforderlich macht, eine anschließende Trocknung des Metallbandes durchzuführen. Bei der Behandlung des Metallbandes mit Kühlgas ist die Abkühlgeschwindigkeit sehr gering, außerdem ist diese Lösung im Vakuum nicht möglich. Die ansonsten vorgeschlagenen Lösungen bieten kaum Möglichkeiten, eine spezifische Temperaturführung des Metallbandes zu erreichen.

Für die meisten Anwendungen ist eine kontrollierte Abkühlung des Metallbandes während bzw. nach der Entzunderung erforderlich, bevor das Band mit der Luft in Berührung kommt. Eine solche gezielte Abkühlung ist mit den Lösungen nicht möglich, die aus dem Stand der Technik bekannt sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zum Entzundern eines Metallbandes zu schaffen, mit dem bzw. mit der es möglich ist, eine Qualitätserhöhung bei der Herstellung des Metallbandes zu erreichen, indem insbesondere Oxidationsprozesse verhindert werden, ohne die Gefügestruktur des Metallbandes negativ zu beeinflussen.

Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist verfahrensgemäß dadurch gekennzeichnet, dass das Metallband im Anschluss an das Plasmaentzundern in mindestens einer Plasma-Entzundervorrichtung in einer Kühlvorrichtung derart einer geregelten Kühlung unterzogen wird, dass er hinter der Kühlvorrichtung eine definierte Temperatur aufweist.

Bevorzugt wird zwecks Erzielung einer vollständigen Entzunderung vorgesehen, dass das Metallband einer mindestens zweimaligen Plasmaentzunderung mit jeweils anschließender geregelter Kühlung unterzogen wird.

Ein Oxidieren des entzunderten Metallbandes an der Umgebungs-Atmosphäre wird dadurch verhindert, dass die in Förderrichtung letzte geregelte Kühlung so erfolgt, dass das Metallband die in Förderrichtung letzte Kühlvorrichtung mit einer Temperatur von weniger oder gleich 100 °C verlässt.

Andererseits wird die Gefügestruktur des Metallbandes dadurch nicht nachteilig beeinflusst, dass die Plasmaentzunderung in jeder der Plasma-Entzundervorrichtung so erfolgt, dass das Metallband hinter der Plasma-Entzundervorrichtung eine Temperatur von höchstens 200 °C aufweist.

Als besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Kühlens des Metallbandes hat es sich erwiesen, dass die Kühlung des Metallbandes in der mindestens einen Kühlvorrichtung dadurch erfolgt, dass das Metallband über einen vorgebbaren Umschlingungswinkel mit einer Kühlwalze in Kontakt gebracht wird. Die gekühlte Walze leitet Wärme beim Kontakt mit dem Metallband aus diesem ab. Um die Wärmeübertragung zu optimieren, hat es sich bewährt, dass das Metallband zumindest im Bereich der Kontaktnahme mit der Kühlwalze unter Zug gehalten wird.

Mit Vorteil wird das Metallband bei jeder der sich an die Plasmaentzunderung anschließenden Kühlung zumindest im wesentlichen auf dieselbe Temperatur abgekühlt. Vorteilhaft ist es ferner, wenn das Metallband alternativ oder additiv hierzu bei jeder der sich an die Plasmaentzunderung anschließenden Kühlung zumindest im wesentlichen um die gleiche Temperaturdifferenz abgekühlt wird.

Die Kühlung des Metallbandes in der oder den Kühlvorrichtungen erfolgt bevorzugt unter gegenüber dem Umgebungsdruck vermindertem Druck, insbesondere unter Vakuum. Indes kann vorgesehen werden, dass die Kühlung des Metallbandes in der in Förderrichtung letzten Kühlvorrichtung unter einem Schutzgas, insbesondere unter Stickstoff, erfolgt.

Die Vorrichtung zum Entzundern des Metallbandes weist mindestens eine Plasma-Entzundervorrichtung auf, durch die das Metallband in Förderrichtung geführt wird. Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung gekennzeichnet durch mindestens eine in Förderrichtung hinter der Plasma-Entzundervorrichtung angeordnete Kühlvorrichtung, die zum geregelten Kühlen des Metallbandes auf eine definierte Temperatur geeignet ist.

Bevorzugt ist in Förderrichtung des Metallbandes am Ende oder hinter der oder jeder Kühlvorrichtung ein Temperatursensor angeordnet, der mit einer Regelungseinrichtung in Verbindung steht, die zur Beeinflussung der Kühlvorrichtung hinsichtlich der von ihr erzeugten Kühlleistung und/oder der Fördergeschwindigkeit des Metallbandes geeignet ist.

Bevorzugt sind mindestens zwei Plasma-Entzundervorrichtungen vorgesehen, an die sich je eine Kühlvorrichtung anschließt.

Mit besonderem Vorteil weist jede Kühlvorrichtung mindestens drei Kühlwalzen auf, die so angeordnet und relativ zueinander beweglich sind, dass der Umschlingungswinkel zwischen dem Metallband und der Walzenoberfläche veränderbar ist. Über die Veränderung des Umschlingungswinkels kann die Kühlleistung beeinflusst werden, die die Kühlvorrichtung auf das Metallband aufbringt, d. h. wie stark die Kühlvorrichtung das Metallband kühlt. Bevorzugt sind daher Bewegungsmittel vorgesehen, mit denen mindestens eine Kühlwalze relativ zu einer anderen Kühlwalze senkrecht zu den Drehachsen der Kühlwalzen bewegt werden kann.

Die Kühlwalzen sind bevorzugt flüssigkeitsgekühlt, insbesondere wassergekühlt.

Ferner können Mittel zum Erzeugen einer Zugkraft im Metallband vorgesehen sein, zumindest im Bereich der Kühlvorrichtungen. Damit wird eine gute Anlage des Metallbandes an den Kühlwalzen sichergestellt.

Gemäß eines Anlagenkonzepts sind mindestens zwei Plasma-Entzundervorrichtungen sowie mindestens zwei nachgeordnete Kühlvorrichtungen in gerader Linie angeordnet. Eine Alternative hierzu, die platzsparend ist, sieht vor, dass eine Plasma-Entzundervorrichtung so angeordnet ist, dass das Metallband in ihr vertikal nach oben (oder nach unten) geführt wird, und eine weitere Plasma-Entzundervorrichtung so angeordnet ist, dass das Metallband in ihr vertikal nach unten (oder nach oben) geführt wird, wobei zwischen den beiden Plasma-Entzundervorrichtung eine Kühlvorrichtung angeordnet ist.

Eine gute Kühlwirkung der Kühlwalzen kann erreicht werden, wenn sie auf ihrer Mantelfläche eine Beschichtung mit einem verschleißfesten und gut wärmeleitenden Material, insbesondere mit Hartchrom oder Keramik, aufweisen.

Die beschriebene Technologie bietet im Vergleich mit dem Beizen große Vorteile hinsichtlich des Umweltschutzes, des Energieverbrauchs und der Qualität. Ferner sind die Investitionskosten für entsprechende Anlagen wesentlich geringer als bei bekannten Entzunderungs- und/oder Reinigungsanlagen.

Besonders vorteilhaft ist, dass das zu entzundernde Metallband im Anschluss an die Entzunderung eine sehr gute und nicht-oxidierte Oberfläche aufweist, so dass die Nachfolgeoperationen mit hoher Qualität durchgeführt werden können.

Die Erfindung stellt damit sicher, dass das Metallband während bzw. nach der Entzunderung kontrolliert auf eine Temperatur abgekühlt wird, die unterhalb der Temperatur liegt, bei der an Luft eine Oxidation bzw. Anlauffarben auf der Bandoberfläche entstehen können.

Bei einem Verfahren zum Entzundern eines Metallbandes, insbesondere eines warmgewalzten Bandes aus Normalstahl, bei dem das Metallband in eine Förder richtung durch mindestens eine Plasma-Entzundervorrichtung geführt wird, in der er einer Plasmaentzunderung unterzogen wird, kann vorgesehen werden, dass der Plasmaentzunderung direkt oder indirekt eine Beschichtung des Metallbandes mit einem Überzugsmetall nachgeschaltet ist, insbesondere eine Feuerverzinkung des Metallbandes.

In vorteilhafter Weise kann dabei die durch die Plasmaentzunderung in das Metallband eingebrachte Energie zur Vorerwärmung des Metallbandes vor der Beschichtung genutzt werden.

Das Metallband wird dabei bevorzugt in einer gekoppelten Anlage zunächst plasmaentzundert und dann beschichtet, insbesondere feuerverzinkt. Das durch die Plasmaentzunderung vorerwärmte Metallband wird dabei bevorzugt ohne Luftzutritt von der Plasmaentzunderung in die Schutzgasatmosphäre eines für die Beschichtung erforderlichen Durchlaufofens geführt, wo das Band auf die für die Beschichtung erforderliche Temperatur weiter erwärmt wird. Die Banderwärmung kann dabei nach der Plasmaentzunderung induktiv nach dem „Heat-to-Coat"-Verfahren erfolgen. Dabei kann das Band, insbesondere das zu verzinkende Warmband, sehr schnell unter reduzierter Atmosphäre auf 440 °C bis 520 °C, insbesondere auf etwa 460 °C, erwärmt werden, bevor es in das Beschichtungsbad eintritt.

Die der Plasmaentzunderung nachgeschaltete Beschichtung kann nach dem konventionellen Verfahren mit Umlenkrolle im Beschichtungsbehälter oder nach dem Vertikalverfahren (Continuous Vertical Galvanizing Line – CVGL-Verfahren) erfolgen, bei dem das Beschichtungsmetall im Beschichtungsbehälter durch einen elektromagnetischen Verschluss zurückgehalten wird. Das Metallband taucht dabei nur sehr kurz ins Beschichtungsmetall ein.

Die Plasmaentzunderungsanlage kann mit einem Durchlaufofen für die Feuerverzinkung von warmgewalzten Stahlband gekoppelt sein, wobei sich auf der Auslaufseite der Plasmaentzunderungsanlage eine Vakuumschleuse und auf der Einlaufseite des Durchlaufofens eine Ofenschleuse üblicher Bauart befinden können, die gasdicht miteinander verbunden sind.

Die letztgenannte Kopplung der Plasmaentzunderung und der Beschichtung hat deshalb besondere Vorteile, weil warmgewalztes Stahlband vor der Feuerverzinkung vollständig frei von Oxiden sein muss, um eine gut anhaftende Zinkschicht zu erhalten.

Außerdem muss das Band auf eine Temperatur erwärmt werden, die in Abhängigkeit von der Aufheizgeschwindigkeit etwa 460 °C bis 650 °C beträgt. Dabei kann die bei der Plasmaentzunderung entstehende Banderwärmung als Vorerwärmung des Bandes vor dem Eintritt in den Durchlaufofen genutzt werden, wodurch eine Energieeinsparung und eine Verkürzung des Ofens erzielt wird.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 schematisch eine Vorrichtung zur Entzunderung eines Metallbandes in der Seitenansicht gemäß einer ersten Ausführungsform,
2 eine zu 1 analoge Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung,
3 schematisch drei Kühlwalzen einer Kühlvorrichtung bei geringer Kühlleistung,
4 die zu 3 analoge Darstellung bei hoher Kühlleistung der Kühlvorrichtung und
5 schematisch eine Vorrichtung zur Entzunderung und nachfolgenden Feuerverzinkung des Metallbandes in der Seitenansicht.
In 1 ist eine Vorrichtung zur Entzunderung eines Stahlbandes 1 zu sehen, wobei diese Anlage in horizontaler Bauart ausgeführt ist. Das von einem Abhaspel 19 kommende Stahlband 1 wird in einer Streckbiegerichtmaschine 20 mit den dazu gehörigen S-Rollenständen 21 und 22 gerichtet, so dass eine höchstmögliche Planheit des Metallbandes 1 vorliegt, bevor das Band unter hohem Zug in den Prozessteil der Anlage eintritt.
Durch mehrere Vakuumschleusen 23 tritt das Band 1 in eine erste Plasma-Entzundervorrichtung 2 ein, in der das für die Plasmaentzunderung erforderliche Vakuum mittels bekannter Vakuumpumpen erzeugt und aufrecht erhalten wird. In der Plasma-Entzundervorrichtung 2 befinden sich die auf beiden Seiten des Bandes 1 angeordneten Elektroden 24, die das für die Entzunderung erforderliche Plasma erzeugen.
Durch das Plasma wird die Bandoberfläche auf beiden Seiten erwärmt, was zu einer Aufheizung des gesamten Bandquerschnitts auf eine Temperatur von max. 200 °C am Ende der Plasma-Entzundervorrichtung 2 führen kann. Die Höhe der Banderwärmung über den Gesamtquerschnitt hängt bei gleicher Energie des Plasmas hauptsächlich von der Fördergeschwindigkeit v des Metallbandes 1 und der Banddicke ab, wobei mit zunehmender Bandgeschwindigkeit v und Banddicke die Banderwärmung geringer wird.
Von der Plasma-Entzundervorrichtung 2 läuft das noch nicht vollständig entzunderte Band 1 in eine mit Kühlwalzen 6, 7, 8 versehene Kühlvorrichtung 4, die gasdicht mit der Plasma-Entzundervorrichtung 2 verbunden ist und in der dasselbe Vakuum wie in der Plasma-Entzundervorrichtung 2 herrscht.
Das Band 1 läuft um die Kühlwalzen 6, 7, 8, deren Umfang von innen mit Wasser gekühlt wird, das die Wärme über einen Kühlkreislauf abführt. Der hohe Bandzug bewirkt, dass das Band 1 – die Kühlwalzen 6, 7, 8 umschlingend – gut an diesen anliegt, um einen möglichst hohen Wärmeübergang zu gewährleisten.
Die Kühlwalzen 6, 7, 8 umschlingen dabei abwechselnd das Metallband 1 von oben und von unten. Vorgesehen werden vorzugsweise drei bis sieben Kühlwalzen. Das Kühlwasser zur Kühlung der Kühlwalzen wird über Drehdurchführungen kontinuierlich zugeführt und wieder abgeführt.
Bei der in 1 dargestellten Anordnung befinden sich drei Kühlwalzen 6, 7, 8 in der Kühlvorrichtung 4, die einzeln angetrieben werden. Je nach Leistung und maximaler Bandgeschwindigkeit v der Anlage sind auch mehr Kühlwalzen möglich und sinnvoll. Auf der Einlaufseite und der Auslaufseite der Kühlvorrichtung 4 befinden sich Temperatursensoren 12 zur kontinuierlichen Messung der Temperatur des Metallbandes 1. Durch Anstellung einer (oder mehrerer) der Kühlwalzen 6, 7, 8 (s. 3 und 4) beispielsweise in vertikale Richtung kann der Umschlingungswinkel α (s. 3 und 4) und damit die Kühlleistung der Kühlvorrichtung 4 geregelt werden, die auf das Metallband 1 wirkt. Am Ende der Kühlvorrichtung 4 soll die maximale Bandtemperatur etwa 100 °C betragen.
Von der Kühlvorrichtung 4 läuft das abgekühlte Band 1 in eine zweite Plasma-Entzundervorrichtung 3, die gasdicht mit der Kühlvorrichtung 4 verbunden ist und in der mittels Vakuumpumpen das gleiche Vakuum wie in der ersten Plasma-Entzundervorrichtung 2 erzeugt wird. In der zweiten Plasma-Entzundervorrichtung 3, die ähnlich wie die erste aufgebaut ist, erfolgt die vollständige Entzunderung des in der ersten Plasma-Entzundervorrichtung 2 noch nicht vollständig entzunderten Bandes 1. Dabei erwärmt sich das Band 1 ähnlich wie bereits in der Plas ma-Entzundervorrichtung 2 auf eine Endtemperatur, die abhängig von der Bandgeschwindigkeit v und vom Bandquerschnitt etwa 100 °C bis 200 °C über der Einlauftemperatur in die Plasma-Enizundervorrichtung 3 liegt. Von dort läuft das Band 1 durch eine gasdichte Schleuse 25 in die mit Schutzgas (z. B. Stickstoff) gefüllte zweite Kühlvorrichtung 5, die mit Kühlwalzen 9, 10, 11 wie die erste Kühlvorrichtung 4 versehen ist.
Bevorzugt sind die einzelnen Plasma-Entzundervorrichtungen 2 und 3 bzw. weitere dieser Vorrichtungen alle gleich lang ausgelegt.
Die Anzahl der Kühlwalzen 6, 7, 8, 9, 10, 11 richtet sich nach der Leistung der Anlage. In der Kühlvorrichtung 5 wird das Band 1 durch die Kühlwalzen 9, 10, 11 auf eine Endtemperatur abgekühlt, die nicht über 100 °C beträgt. Wie bei der ersten Kühlvorrichtung 4 befinden sich an der Einlaufseite und Auslaufseite der Kühlvorrichtung 5 wieder Temperatursensoren 13 zur Messung der Bandtemperatur. Am Ende der Kühlvorrichtung 5 befindet sich eine weitere gasdichte Schleuse 26, die den Eintritt von Luft in die Kühlvorrichtung 5 verhindert. Durch diese Maßnahme wird sichergestellt, dass das Band 1 mit einer Temperatur von maximal 100 °C aus dem Prozessteil der Linie austritt und dass die blanke Oberfläche des Bandes nicht durch den Luftsauerstoff oxidieren kann.
Hinter dem Prozessteil der Anlage befindet sich ein aus zwei oder drei Rollen bestehender Zugrollenstand 18, der den erforderlichen Bandzug aufbringt bzw. zusammen mit dem S-Rollenstand 22 hält. Die mit den Bezugsziffern 17 und 18 markierten Elemente stellen also Mittel zum Erzeugen einer Zugkraft im Band 1 dar. Die erzeugte Zugkraft im Band 1 dient dazu, ein gutes Anliegen des Bandes 1 an den Kühlwalzen 6, 7, 8, 9, 10, 11 zu gewährleisten. Danach läuft das Band 1 über die erforderlichen weiteren Einrichtungen, wie Bandspeicher und Besäumschere, zum Aufhaspel 27 (wie dargestellt) oder zu weiteren gekoppelten Einrichtungen, z. B. zu einem Tandem-Walzwerk.
In Abhängigkeit der berechneten erforderlichen Kühlleistung kann die vorgeschlagene Plasmaentzunderanlage eine oder mehrere Plasma-Entzundervorrichtungen 2, 3 mit sich anschließenden Kühlvorrichtungen 4, 5 aufweisen. Das Ausführungsbeispiel gemäß 1 stellt auf zwei solche Einheiten ab. Falls nur eine Kühlvorrichtung 4 verwendet wird, wird diese ähnlich zu der hier beschriebenen zweiten Kühlvorrichtung 5 mit den dazu gehörigen Schleusen 25 und 26 ausgebildet.
2 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Anlage zur Entzunderung von Stahlband 1, bei der die Plasma-Entzundervorrichtungen 2 und 3 senkrecht (vertikal) angeordnet sind. Alle Funktionen in dieser Anlage sind identisch mit denen der in 1 erläuterten Anlage. Eine vertikale Anordnung kann unter bestimmten Bedingungen wegen ihrer kürzeren Baulänge günstiger sein als eine horizontale Anordnung.
In den 3 und 4 ist zu sehen, wie durch vertikale Verschiebung der Kühlwalze 7 (s. Doppelpfeil), die sich zwischen den beiden Kühlwalzen 6 und 7 befindet, der Umschlingungswinkel α des Bandes 1 um die Walzen 6, 7, 8 verändert werden kann (eingetragen für den Umschlingungswinkel um die Walze 7), wodurch sich auch der vom Metallband 1 auf die Kühlwalzen 6, 7, 8 übertragene Wärmestrom ändert. Die vertikale Verschiebung der mittleren Kühlwalze 7 erfolgt durch Bewegungsmittel 16, die schematisch dargestellt und vorliegend als hydraulisches Kolben-Zylinder-System ausgebildet sind.
Durch die Messung der Bandtemperatur in oder am Ende der Kühlvorrichtungen 4, 5 durch die Temperatursensoren 12, 13 kann mittels in 1 nur schematisch dargestellten Regelungseinrichtungen 14 und 15 auf die Kühlleistung in den Kühlvorrichtungen 4, 5 Einfluss genommen werden, so dass eine gewünschte Austrittstemperatur des Bandes 1 erzielt werden kann. Bei zu hoher gemessener Tem peratur kann durch Ansteuerung der Bewegungsmittel 16 ein höherer Umschlingungswinkel α eingestellt werden, so dass das Band 1 besser gekühlt wird. Grundsätzlich kann auch die Fördergeschwindigkeit v des Bandes 1 durch die Anlage herabgesetzt bzw. erhöht werden, um die Kühlleistung zu erhöhen bzw. zu reduzieren. Hier ist freilich dann eine Abstimmung zwischen den beiden Regelungseinrichtungen 14 und 15 erforderlich.
In 5 ist eine Lösung skizziert, bei der die durch das Plamaentzundern in das Metallband eingebrachte Wärme dafür genutzt wird, um das Band in unmittelbarem Anschluss an die Entzunderung mit einem Beschichtungsmetall zu versehen. 5 zeigt den Verfahrensteil einer gekoppelten Plasmaentzunderungs- und Feuerverzinkungslinie für warmgewalztes Stahlband. Das Band 1 läuft nach dem Streckrichten in der Streckbiegerichtmaschine 20 (Streckrichteinheit) durch eine Vakuumschleuse 23 in die Plasma-Entzunderungsvorrichtung 2, wo es entzundert und dabei – in Abhängigkeit von der Bandgeschwindigkeit und von der Banddicke – auf etwa 200 °C bis 300 °C erwärmt wird.
Anschließend läuft das Band 1 durch eine Vakuumauslauf-Schleuse 25 und durch die mit dieser verbundenen Ofeneinlaufschleuse 29 in einen Durchlaufofen 28. Auf der Einlaufseite des Ofens 28 befindet sich ein Zugrollenpaar 30 (hot bridle), das den erforderlichen hohen Bandzug in der Plasma-Entzunderungsvorrichtung 2 erzeugt.
Hinter dem Zugrollenpaar 30 wird die Bandtemperatur mit einem Temperatursensor 12 gemessen, über welches die erforderliche weitere Banderwärmung im Durchlaufofen 28 geregelt wird. Von der Stelle des Sensors 12 läuft das Band 1 durch den induktiv beheizten Durchlaufofen 28, in dem es sehr schnell nach dem „Heat-to-Coat"-Verfahren auf etwa 460 °C aufgeheizt wird. Anschließend läuft das Band über einen Rüssel 31 in den Beschichtungsbehälter 32, wo es feuerverzinkt wird. Mit den Abstreifdüsen 34 wird die Schichtdicke geregelt. In der sich anschließenden Luftkühlstrecke 35 wird das Metallband 1 abgekühlt und danach den weiteren erforderlichen Verfahrensschritten zugeführt, beispielsweise dem Dressieren, dem Streckrichten und dem Chromatieren.

1: Metallband
2: Plasma-Entzundervorrichtung
3: Plasma-Entzundervorrichtung
4: Kühlvorrichtung
5: Kühlvorrichtung
6: Kühlwalze
7: Kühlwalze
8: Kühlwalze
9: Kühlwalze
10: Kühlwalze
11: Kühlwalze
12: Temperatursensor
13: Temperatursensor
14: Regelungseinrichtung
15: Regelungseinrichtung
16: Bewegungsmittel
17: Mittel zum Erzeugen einer Zugkraft
18: Mittel zum Erzeugen einer Zugkraft
19: Abhaspel
20: Streckbiegerichtmaschine
21: S-Rollenstand
22: S-Rollenstand
23: Vakuumschleuse
24: Elektroden
25: Schleuse
26: Schleuse
27: Aufhaspel
28: Durchlaufofen
29: Ofeneinlaufschleuse
30: Zugrollenpaar
31: Rüssel
32: Beschichtungsbehälter
33: Umlenkrolle
34: Abstreifdüsen
35: Luftkühlstrecke
R: Förderrichtung
α: Umschlingungswinkel
v: Fördergeschwindigkeit

Claims

Verfahren zum Entzundern eines Metallbandes (1), insbesondere eines warmgewalzten Bandes aus Normalstahl oder eines warm- oder kaltgewalzten Bandes aus austenitischem oder ferritischem rostfreien Stahl, bei dem das Metallband (1) in eine Förderrichtung (R) durch mindestens eine Plasma-Entzundervorrichtung (2, 3) geführt wird, in der er einer Plasmaentzunderung unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallband (1) im Anschluss an das Plasmaentzundern in der mindestens einen Plasma-Entzundervorrichtung (2, 3) in einer Kühlvorrichtung (4, 5) derart einer geregelten Kühlung unterzogen wird, dass er hinter der Kühlvorrichtung (4, 5) eine definierte Temperatur aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallband (1) einer mindestens zweimaligen Plasmaentzunderung mit jeweils anschließender geregelter Kühlung unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in Förderrichtung (R) letzte geregelte Kühlung so erfolgt, dass das Metallband (1) die in Förderrichtung (R) letzte Kühlvorrichtung (5) mit einer Temperatur von weniger oder gleich 100°C verlässt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmaentzunderung in jeder der Plasma-Entzundervorrichtung (2, 3) so erfolgt, dass das Metallband (1) hinter der Plasma-Entzundervorrichtung (2, 3) eine Temperatur von höchstens 200 °C aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung des Metallbandes (1) in der mindestens einen Kühlvorrichtung (4, 5) dadurch erfolgt, dass das Metallband (1) über einen vorgebbaren Umschlingungswinkel (α) mit einer Kühlwalze (6, 7, 8, 9, 10, 11) in Kontakt gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallband (1) zumindest im Bereich der Kontaktnahme mit der Kühlwalze (6, 7, 8, 9, 10, 11) unter Zug gehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallband (1) bei jeder der sich an die Plasmaentzunderung anschließenden Kühlung zumindest im wesentlichen auf dieselbe Temperatur abgekühlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallband (1) bei jeder der sich an die Plasmaentzunderung anschließenden Kühlung zumindest im wesentlichen um die gleiche Temperaturdifferenz abgekühlt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung des Metallbandes (1) in der oder den Kühlvorrichtungen (4, 5) unter gegenüber dem Umgebungsdruck vermindertem Druck, insbesondere unter Vakuum, erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung des Metallbandes (1) in der in Förderrichtung (R) letzten Kühlvorrichtung (5) unter einem Schutzgas, insbesondere unter Stickstoff, erfolgt.
Vorrichtung zum Entzundern eines Metallbandes (1 ), insbesondere eines warmgewalzten Bandes aus Normalstahl oder eines warm- oder kaltgewalzten Bandes aus austenitischem oder ferritischem rostfreien Stahl, die mindestens eine Plasma-Entzundervorrichtung (2, 3) aufweist, durch die das Metallband (1) in eine Förderrichtung (R) geführt wird, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch mindestens eine in Förderrichtung (R) hinter der Plasma-Entzundervorrichtung (2, 3) angeordnete Kühlvorrichtung (4, 5), die zum geregelten Kühlen des Metallbandes (1) auf eine definierte Temperatur geeignet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in oder in Förderrichtung (R) des Metallbandes (1) am Ende oder hinter der oder jeder Kühlvorrichtung (4, 5) mindestens ein Temperatursensor (12, 13) angeordnet ist, der mit einer Regelungseinrichtung (14, 15) in Verbindung steht, die zur Beeinflussung der Kühlvorrichtung (4, 5) hinsichtlich der von ihr erzeugten Kühlleistung und/oder der Fördergeschwindigkeit (v) des Metallbandes (1) geeignet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch mindestens zwei Plasma-Entzundervorrichtungen (2, 3), an die sich je eine Kühlvorrichtung (4, 5) anschließt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die oder zumindest eine der Kühlvorrichtungen (4, 5) mindestens drei Kühlwalzen (6, 7, 8, 9, 10, 11) aufweist, die so angeordnet und relativ zueinander beweglich sind, dass der Umschlingungswinkel (α) zwischen dem Metallband (1) und der Walzenoberfläche veränderbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch Bewegungsmittel (16), mit denen mindestens eine Kühlwalze (6, 7, 8, 9, 10, 11) relativ zu einer anderen Kühlwalze (6, 7, 8, 9, 10, 11) senkrecht zu den Drehachsen der Kühlwalzen (6, 7, 8, 9, 10, 11) bewegt werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlwalzen (6, 7, 8, 9, 10, 11) flüssigkeitsgekühlt, insbesondere wassergekühlt, sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, gekennzeichnet durch Mittel (17, 18) zum Erzeugen einer Zugkraft im Metallband (1), zumindest im Bereich der Kühlvorrichtungen (4, 5).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Plasma-Entzundervorrichtungen (2, 3) sowie mindestens zwei nachgeordnete Kühlvorrichtungen (4, 5) in gerader Linie angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Plasma-Entzundervorrichtung (2) so angeordnet ist, dass das Metallband (1) in ihr vertikal nach oben oder nach unten geführt wird, und eine Plasma-Entzundervorrichtung (3) so angeordnet ist, dass das Metallband (1) in ihr vertikal nach unten oder nach oben geführt wird, wobei zwischen den beiden Plasma-Entzundervorrichtung (2, 3) eine Kühlvorrichtung (4) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlwalzen (6, 7, 8, 9, 10, 11) der mindestens einen Kühlvorrichtung (4, 5) auf ihrer Mantelfläche eine Beschichtung mit einem verschleißfesten und gut wärmeleitenden Material, insbesondere mit Hartchrom oder Keramik, aufweisen.
Verfahren zum Entzundern eines Metallbandes (1), insbesondere eines warmgewalzten Bandes aus Normalstahl, bei dem das Metallband (1) in eine Förderrichtung (R) durch mindestens eine Plasma-Entzundervorrichtung (2, 3) geführt wird, in der er einer Plasmaentzunderung unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Plasmaentzunderung direkt oder indirekt eine Beschichtung des Metallbandes (1) mit einem Überzugsmetall nachgeschaltet ist, insbesondere eine Feuerverzinkung des Metallbandes (1).
Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass Metallband (1) in einer gekoppelten Anlage zunächst plasmaentzundert und dann beschichtet, insbesondere feuerverzinkt, wird.
Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass das durch die Plasmaentzunderung vorerwärmte Metallband (1) ohne Luftzutritt von der Plasmaentzunderung in die Schutzgasatmosphäre eines für die Beschichtung erforderlichen Durchlaufofens (28) geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallband (1) in dem Durchlaufofen (28) auf die für die Beschichtung erforderliche Temperatur weiter erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallband (1) in dem Durchlaufofen (28) induktiv erwärmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallband (1) in dem Durchlaufofen (28) auf 440 °C bis 520 °C, insbesondere auf etwa 460 °C, erwärmt wird, bevor es in das Beschichtungsbad (32) eintritt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallband (1) bei der Beschichtung mit dem Überzugsmetall in einen Beschichtungsbehälter (32) geführt, dort mittels einer Umlenkrolle (33) umgelenkt und vertikal nach oben aus dem Beschichtungsbehälter (32) ausgeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallband (1) nach dem Vertikalverfahren mit dem Überzugsmaterial beschichtet wird, bei dem das Beschichtungsmetall im Beschichtungsbehälter (32) durch einen elektromagnetischen Verschluss zurückgehalten wird, und bei dem das Band ohne Umlenkung vertikal durch den Beschichtungsbehälter (32) läuft.