DE10203811A1

DE10203811A1 - Beschichtungsvorrichtung und Verfahren zur Beschichtung eines Metallbandes

Info

Publication number: DE10203811A1
Application number: DE2002103811
Authority: DE
Inventors: Klaus Frommann; Rolf Brisberger; Holger Behrens; Walter Trakowski; Werner Bechem
Original assignee: SMS Demag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 2002-01-31
Filing date: 2002-01-31
Publication date: 2003-08-14

Abstract

Bei einer Beschichtungsvorrichtung (1) zum Beschichten eines Metallbandes (2) mit einem flüssigen Beschichtungswerkstoff (4), die einen eine Einführöffnung (16) für das Metallband (2) aufweisenden Beschichtungsbehälter (14) zur Aufnahme des Beschichtungswerkstoffes aufweist und bei der die Einführöffnung (16) gegen ein Auslaufen des Beschichtungswerkstoffes (4) mit einer elektromagnetischen Verschlussvorrichtung (18) verschließbar ist, soll eine Beschichtung hoher Qualität sichergestellt werden. Dazu ist erfindungsgemäß in Bandlaufrichtung (BR) vor der Veschlussvorrichtung (18) eine Einrichtung zur Einstellung einer Eintrittstemperatur ((T4.1, T4.2) des Metallbandes (2) angeordnet, die die Eintrittstemperatur (T4.1, T4.2) des Metallandes (2) in die Verschlussvorrichtung (18)) derart einstellt, dass das Metallband (2) nach seinem Durchlauf durch die Verschlussvorrichtung (18) eine vorgebbare Beschichtungstemperatur aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Beschichtung eines Metallbandes mittels der Vorrichtung.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Beschichtungsvorrichtung zum Beschichten eines Metallbandes mit einem flüssigen Beschichtungswerkstoff, die einen eine Einführöffnung für das Metallband aufweisenden Beschichtungsbehälter zur Aufnahme des Beschichtungswerkstoffes aufweist, und bei der die Einführöffnung gegen ein Auslaufen des Beschichtungswerkstoffes mit einer elektromagnetischen Verschlussvorrichtung verschließbar ist. Außerdem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Beschichtung eines Metallbandes mit einem flüssigen Beschichtungswerkstoff, wobei das Metallband über eine mittels einer elektromagnetischen Verschlussvorrichtung gegen ein Auslaufen des Beschichtungswerkstoffes verschlossene Einführöffnung in einen Beschichtungsbehälter eingeführt und mit dem dort vorgehaltenen Beschichtungswerkstoff beschichtet wird.

Zur Veränderung der Eigenschaften eines Metallbandes an seiner Oberfläche, zum Beispiel um die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen, werden metallische oder nichtmetallische Überzüge auf der Oberfläche des Metallbandes aufgebracht. Eines der Verfahren zum Aufbringen der Überzüge ist das Beschichten, das heißt das Aufbringen einer fest haftenden Schicht aus formlosem Stoff auf dem Metallband. Zum Beschichten aus dem flüssigen Zustand gehört das Tauchplattieren, bei dem das Metallband durch ein flüssiges Metallbad, das in einem Beschichtungsbehälter vorgehalten wird, kontinuierlich hindurchgezogen wird.

Dafür ist eine Beschichtungsvorrichtung mit einem Beschichtungsbehälter vorgesehen, der am Boden eine Einführöffnung für das Metallband aufweist, durch welche das Metallband in den Beschichtungswerkstoff geführt werden kann. Um ein Auslaufen des Beschichtungswerkstoffes durch die Einführöffnung hindurch an dem Metallband vorbei zu verhindern, ist üblicherweise eine Einführung des Metallbandes in die Beschichtungsvorrichtung von oben vorgesehen, wobei dann innerhalb des Beschichtungsbehälters eine Umlenkung in eine im Wesentlichen senkrechte Laufrichtung erfolgt.

Zur Erzielung einer hinreichenden Güte der Beschichtung ist die Einhaltung bestimmter Temperaturen sowohl des zu beschichtenden Metallbandes als auch des Beschichtungswerkstoffes von Bedeutung. Die Temperaturen sind dabei vor allem abhängig von der Art der Werkstoffpaarung Metallband/Beschichtungswerkstoff. Eine falsche Temperaturwahl, insbesondere eine zu hohe Temperaturdifferenz zwischen dem Metallband und dem Beschichtungswerkstoff, kann aber eine erhebliche Abnahme der Qualität der Beschichtung bedingen, die nicht akzeptabel ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Beschichtungsvorrichtung der oben genannten Art anzugeben, die eine Beschichtung von besonders hoher Qualität ermöglicht. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Beschichtung eines Metallbandes mit einem Beschichtungswerkstoff anzugeben, mit dem in einfacher Weise eine hohe Beschichtungsgüte erzielbar ist.

Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem in Bandlaufrichtung vor der Verschlussvorrichtung eine Beschichtungsvorrichtung zum Beschichten eines Metallbandes mit einem Beschichtungswerkstoff, die einen eine Einführöffnung für das Metallband aufweisenden Beschichtungsbehälter zur Aufnahme des Beschichtungswerkstoffes aufweist und bei der die Einführöffnung gegen ein Auslaufen des Beschichtungswerkstoffes mit einer elektromagnetischen Verschlussvorrichtung verschließbar ist, wobei in Bandlaufrichtung vor der Verschlussvorrichtung eine Einrichtung zur Einstellung einer Eintrittstemperatur des Metallbandes angeordnet ist, die die Eintrittstemperatur des Metallbandes in die Verschlussvorrichtung derart einstellt, dass das Metallband nach seinem Durchlauf durch die Verschlussvorrichtung eine vorgebbare Beschichtungstemperatur aufweist.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass eine besonders hohe Beschichtungsqualität erreicht werden kann, indem das Metallband im Inneren der eigentlichen Beschichtungseinheit besonders schonend behandelt wird. Dazu sollte auf eine Umlenkung des Metallbandes im Inneren der eigentlichen Beschichtungseinheit verzichtet werden. Um die Durchführung des Metallbandes durch den Beschichtungswerkstoff in im Wesentlichen senkrechter Richtung beibehalten zu können, sollte das Metallband daher in im Wesentlichen senkrechter Laufrichtung der Beschichtungeinheit zugeführt werden. Eine geeignete Abdichtung der Beschichtungseinheit gegen Auslaufen des Beschichtungswerkstoffs ist dabei erreichbar durch den Einsatz von berührungslos arbeitenden Verschlussvorrichtungen, die elektromagnetisch wirken.

Bei derartigen Systemen sind an der Einführöffnung sich gegenüberliegend zwei Induktoren angeordnet, die jeweils ein Magnetfeld erzeugen. Befindet sich kein Metallband in der Einführöffnung und zwischen den Magnetfeldgeneratoren, verschließen die Magnetfelder die Einführöffnung. Bei Anwesenheit eines Metallbandes verschließen die Magnetfelder jeweils einen Raum seitlich des Metallbandes, das heißt einen Raum zwischen dem Metallband und einer Wandung der Einführöffnung.

Um beim Einsatz derartiger Systeme eine für das Beschichtungsergebnis relevante möglichst genaue Einhaltung der Solltemperatur des Metallbandes beim eigentlichen Beschichtungsvorgang zu gewährleisten, sollte berücksichtigt werden, dass das Metallband beim Durchlauf durch die Verschlussvorrichtung eine induktiv bedingte Aufheizung erfahren kann. Um dies geeignet zu kompensieren, wird das Metallband vor seinem Eintritt in die Verschlussvorrichtung auf eine spezifisch hierfür geeignete Eintrittstemperatur gebracht.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Anzahl von Induktoren an der Außenseite eines an die Einführöffnung angeschlossenen Kanals angeordnet ist. Auf diese Weise lässt sich ein symmetrisches Magnetfeld erzeugen, das den Beschichtungsbehälter gegen Auslaufen von Beschichtungswerkstoff in der Weise verschließt, dass ein Durchdringen eines Spaltes zwischen dem Metallband und einer benachbarten Kanalwand durch Beschichtungswerkstoff ausgeschlossen ist.

Grundsätzlich ist es vorstellbar, den Beschichtungsbehälter in Atmosphärenumgebung anzuordnen. Eine besonders gute Oberflächenqualität des beschichteten Bandes erhält man hingegen, wenn der Beschichtungsbehälter in einer mit Schutzgas gefüllten Beschichtungskammer angeordnet ist. Als Schutzgas bietet sich dabei vor allem Stickstoff an. Durch die Verwendung von Schutzgas wird insbesondere eine Bildung von Metalloxiden, beispielsweise Zinkoxid, an der Bandoberfläche und an der Oberfläche des flüssigen Beschichtungswerkstoffes verhindert. Solche Oxide können zu unerwünschten Bandoberflächenfehlern führen, und die Oberfläche eines in einem Beschichtungsbehälter in Atmosphärenumgebung angeordneten Beschichtungswerkstoffes ist regelmäßig durch Abziehen der sich bildenden Oxidschicht zu reinigen.

Eine besonders präzise und bedarfsgerechte Einstellung der Eintrittstemperatur des Metallbandes kann vorzugsweise dadurch erzielt werden, dass die Einrichtung zur Einstellung der Eintrittstemperatur zusätzlich zum Durchlaufofen eine spezielle Vorwärmeinrichtung umfasst. Damit erfolgt die endgültige Einstellung der Eintrittstemperatur des Metallbandes vor dessen Eintritt in die Verschlussvorrichtung durch Beheizung und nicht durch Kühlung, in der Kühlzone des Durchlaufofens, sodass die Temperatureinstellung mit besonders kurzen Stellzeiten und somit vergleichsweise reaktionsschnell erfolgen kann. Die Vorwärmeinrichtung ist vorzugsweise gemeinsam mit einer Umlenkeinrichtung für das Metallband in einer Zuführkammer angeordnet, die mit dem Durchlaufofen und dem Kanal gasdicht verbunden ist. Auf diese Weise ist es zum einen möglich, das Metallband in eine optimale Zuführposition zum Beschichtungsbehälter zu bringen, die einen störungsfreien, vor mechanischen Beschädigungen sicheren Lauf des Metallbandes durch den Kanal und durch den Beschichtungsbehälter gewährleistet. Voraussetzung für eine einwandfreie Haftung des Beschichtungswerkstoffes ist eine saubere, oxidfreie Oberfläche. Die Kammer muß deshalb eine sauerstofffreie Schutzgasatmosphäre enthalten, vorzugsweise Stickstoff.

Die Vorwärmeinrichtung kann eine beliebige Heizvorrichtung, beispielsweise eine Widerstandsheizung, aufweisen. Jedoch wird eine besonders effektive, energiesparende und ein vorbeilaufendes Metallband in einfacher Weise sehr schnell und wirkungsvoll erwärmende Vorwärmeinrichtung bevorzugt, die eine Anzahl von Induktoren zur Vorwärmung des Metallbandes aufweist.

Eine weiter optimierte Beschichtung kann dadurch gewährleistet werden, dass der Beschichtungsbehälter zwei Behälterkammern aufweist, wobei in die erste Behälterkammer Beschichtungswerkstoff zuführbar und das Metallband durch die zweite Behälterkammer zur Beschichtung durchführbar ist und wobei die Behälterkammern mittels einer für Beschichtungswerkstoff durchlässigen Wand voneinander getrennt sind. Mit Hilfe der für Beschichtungswerkstoff durchlässigen Wand wird eine Strömungsberuhigung des in die erste Behälterkammer zugeführten Beschichtungswerkstoffes erzielt, wodurch die Oberflächengüte der Beschichtung unmittelbar verbessert wird.

Insbesondere für einen Wechsel des Beschichtungswerkstoffes ist es von großem Vorteil, wenn dem Beschichtungsbehälter ein zum Einschmelzen des Beschichtungswerkstoffes ausgebildeter Vorschmelzkessel vorgeschaltet ist. Dadurch ist eine freie Gestaltung des Vorschmelzkessels, insbesondere auch eine mehrteilige Gestaltung, unabhängig von dem Beschichtungsbehälter ermöglicht. Beispielsweise kann bei einer derart ausgebildeten Beschichtungsvorrichtung der Vorschmelzkessel sehr einfach gewechselt werden, um ein anderes Beschichtungsmetall aufzutragen.

In einfacher Weise kann in einem Kreislauf vorteilhaft dem Beschichtungsbehälter mehr Beschichtungswerkstoff als für die Beschichtung mindestens erforderlich zugeführt werden, wenn der Vorschmelzkessel einen offenen Kesselteil zur Aufnahme von rückgeführtem Beschichtungswerkstoff und einen geschlossenen Kesselteil für dem Beschichtungsbehälter zuzuführenden Beschichtungswerkstoff aufweist. Bei dem rückgeführten Beschichtungswerkstoff handelt es sich dabei um für die Beschichtung überschüssigen Werkstoff. Auf diese Weise können dem Beschichtungswerkstoff in dem Kreislauf beim Durchlaufen des Vorschmelzkessels kontinuierlich Verunreinigungen, z. B. Hartzink entzogen werden.

Bezüglich des Verfahrens wird die genannte Aufgabe gelöst, indem das Metallband über eine mittels einer elektromagnetischen Verschlussvorrichtung gegen ein Auslaufen des Beschichtungswerkstoffes verschlossene Einführöffnung in einen Beschichtungsbehälter eingeführt und mit dem dort vorgehaltenen Beschichtungswerkstoff beschichtet wird, und wobei die Eintrittstemperatur des Metallbandes in die Verschlussvorrichtung derart eingestellt wird, dass das Metallband nach dem Durchlauf durch die Verschlussvorrichtung eine vorgebbare Beschichtungstemperatur aufweist. Vorteilhaft werden dabei Oberflächenfehler vermieden, wenn das Metallband vertikal von unten nach oben durch einen Keramickanal in den Beschichtungsbehälter geführt wird. Eine Umlenkung des Metallbandes durch eine Rolle in dem Beschichtungsbehälter ist damit überflüssig.

Die elektromagnetische Verschlussvorrichtung des Beschichtungsbehälters heizt in einem gewissen Umfang das zu beschichtende Metallband auf, ohne jedoch die gewünschte Beschichtungstemperatur zu erreichen. Daher ist es von besonderem Vorteil, wenn die Eintrittstemperatur des Metallbandes mittels einer Vorwärmeinrichtung eingestellt wird. Die Vorwärmeinrichtung wird dabei derart betrieben, dass sich beim folgenden Durchlauf des Metallbandes durch die Verschlussvorrichtung infolge der dort stattfindenden zusätzlichen Erwärmung eine vorgebbare Beschichtungstemperatur einstellt. Dadurch wird eine zielgenaue, energieoptimierte Erwärmung des Metallbandes - unabhängig von seiner chemischen Zusammensetzung - vor Eintritt in den flüssigen Beschichtungswerkstoff erreicht. Es besteht weder die Gefahr einer zu hohen noch einer zu niedrigen Temperatur des Bandes und es erfolgt eine außergewöhnlich ökonomische Energieausnutzung.

Für ein bestmögliches Beschichtungsergebnis ist es erforderlich, dass das Metallband einem Vorglühschritt unterzogen wird und nach dem Vorglühen und vor der Zuführung in die Verschlussvorrichtung zwischengekühlt wird. Mit dem Durchlaufen eines solchen Wärmebehandlungszyklus wird das Metallband in seiner Struktur und Oberfläche bereits auf die Beschichtung vorbereitet.

Die Beschichtungsqualität wird auch dann erheblich verbessert, wenn das Metallband nach Durchlaufen des Beschichtungswerkstoffes in eine mit Schutzgas (Stickstoff) gefüllte Kammer geführt wird, in der sich die Abstreifdüsen befinden. Diese werden mit Stickstoff betrieben, wodurch sich eine besonders gute Oberfläche ergibt.

Vorzugsweise ist das Metallband ein Stahlband und der Beschichtungswerkstoff ein Metall.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die geeignete Einstellung einer Eintrittstemperatur des Metallbandes vor dessen Zuführung zur Verschlussvorrichtung gerade unter zusätzlicher Nutzung der von dieser induktiv auf das Metallband übertragenen Wärme eine für einen qualitativ hochwertigen Beschichtungsvorgang sehr günstige Betriebstemperatur des Metallbandes in der eigentlichen Beschichtungseinrichtung eingehalten werden kann. Somit ist eine mit einer induktiv wirkenden Verschlusseinrichtung bestückte Beschichtungsvorrichtung auch unter höchsten Qualitätsansprüchen einsetzbar, was wiederum die Einsparung von qualitätsmindernden Umlenkrollen im Inneren der eigentlichen Beschichtungseinrichtung ermöglicht. Insbesondere durch die Vorwärmeinrichtung und das mit dieser zu bewirkende Vorwärmen des Metallbandes kann eine optimale Beschichtungstemperatur des Metallbandes eingestellt werden. Der Beschichtungsvorgang ist somit in seiner Qualität unabhängig von etwaigen Wärmebehandlungszyklen, die das Metallband vor der eigentlichen Beschichtung durchlaufen hat. Damit haben auch unterschiedliche Qualitäten des Metallbandes keine Auswirkung auf das Beschichtungsergebnis, die Beschichtungsvorrichtung und das Verfahren zur Beschichtung entkoppeln den Beschichtungsvorgang und das Beschichtungsergebnis von der Werkstoffqualität des Metallbandes.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 eine Beschichtungsvorrichtung,
Fig. 2 einen Beschichtungsbehälter,
Fig. 3 eine weitere Beschichtungsvorrichtung,
Fig. 4 einen Wärmebehandlungszyklus für ein erstes Stahlband,
Fig. 5 einen Wärmebehandlungszyklus für ein zweites Stahlband und
Fig. 6 einen Wärmebehandlungszyklus für ein drittes Stahlband.
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Eine Beschichtungsvorrichtung 1 gemäß Fig. 1 zum Beschichten eines Metallbandes 2 mit einem flüssigen Beschichtungswerkstoff 4 weist eine Zuführkammer 6 auf, in der eine Vorwärmeinrichtung 8 zur Vorwärmung des Metallbandes 2 angeordnet ist. Das Metallband 2 durchläuft von einem hier nicht dargestellten Durchlaufofen zur thermischen Vorbehandlung kommend die mit Schutzgas gefüllte Zuführkammer 6, in der das Metallband 2 von einer Umlenkrolle 10 in eine vertikale Ausrichtung gebracht wird. Wahlweise kann dabei die Vorwärmeinrichtung 8 in Bandlaufrichtung BR der Umlenkrolle 10 nachgeschaltet oder eine alternative Vorwärmeinrichtung 12 der Umlenkrolle 10 vorgeschaltet sein.
Der Beschichtungswerkstoff 4, in diesem Fall ein Metall, befindet sich in einem Beschichtungsbehälter 14, der an seiner Unterseite eine Einführöffnung 16 für das Metallband 2 aufweist. Diese Einführöffnung 16 ist gegen ein Auslaufen des Beschichtungswerkstoffes 4 mit einer elektromagnetischen Verschlussvorrichtung 18 verschließbar, wobei die Verschlussvorrichtung 18 Induktoren 20, 22 zum Verschließen der Einführöffnung 16 aufweist. Zur exakten Ausrichtung des Metallbandes 2 ist in Bandlaufrichtung BR vor der Verschlussvorrichtung 18 ein Paar Führungsrollen 24, 26 angeordnet, das eine definierte Zuführung des Metallbandes 2 in einen Kanal 28 gewährleistet, der an die Einführöffnung 16angeschlossen ist. Es ist zu erkennen, dass die Induktoren 20, 22 an der Außenseite des Kanals 28 plaziert sind.
Die Induktoren 20, 22 der Verschlussvorrichtung 18 dienen nicht nur dem Verschließen der Einführöffnung 16, sondern auch der Führung des Metallbandes 2 in dem Kanal 28 und einer Erwärmung des Metallbandes 2. Neben der Verschlussvorrichtung 18 weisen auch die alternativen Vorwärmeinrichtungen 8, 12 jeweils ein Paar von Induktoren 30, 32, 34, 36 auf. Die Induktoren 30, 32, 34, 36 der alternativen Vorwärmeinrichtungen 8, 12 dienen der Erwärmung des Metallbandes 2 und arbeiten mit Hochfrequenz.
Eine Steuerung der Dicke der Beschichtung auf dem Metallband 2 erfolgt mittels einer Abstreifvorrichtung 38, die von dem Metallband 2 durchlaufen wird, nachdem es in dem Beschichtungsbehälter 14 an seiner Oberfläche Beschichtungswerkstoff 4 aufgenommen hat. Die Höhe h des flüssigen Beschichtungswerkstoffes 4 in dem Beschichtungsbehälter 14 ist relativ gering, wodurch sich in Abhängigkeit von der Laufgeschwindigkeit des Metallbandes 2 sehr geringe Beschichtungszeiten, das heißt Zeiten, in denen ein bestimmter Abschnitt des Metallbandes 2 den Beschichtungswerkstoff 4 durchläuft, ergeben. Durch die kurzen Beschichtungszeiten ist eine Beschichtung bei höheren Beschichtungstemperaturen möglich, wodurch sehr geringe Schichtdicken, insbesondere bei Zink, erzielt werden können. Außerdem wird damit der Gefahr der Schlackenbildung entgegengewirkt.
In Fig. 2 ist ein Beschichtungsbehälter 14 mit einer Einführöffnung 16 für ein Metallband 2 und mit zwei Behälterkammern 40, 42 dargestellt. Über einen Zulauf 44, der von einem hier nicht gezeigten Vorschmelzkessel gespeist wird, wird der ersten Behälterkammer 40 frischer, flüssiger Beschichtungswerkstoff 4 zugeführt. Durch die zweite Behälterkammer 42 ist das Metallband 2 zur Beschichtung in Bandlaufrichtung BR hindurchführbar. Die beiden Behälterkammern 40, 42 sind mittels einer für Beschichtungswerkstoff 4 durchlässigen Wand 46 voneinander getrennt, wobei die Wand 46 für den Durchtritt des Beschichtungswerkstoffes 4 in ihrem unteren Bereich Ausnehmungen 48 aufweist. Die Strömungsrichtung des Beschichtungswerkstoffes 4 ist mit Pfeilen 50 gekennzeichnet. Alternativ (nicht dargestellt) zu den Ausnehmungen 48 könnte die Wand 46 den Beschichtungsbehälter 14 auch nur in seinem oberen Bereich in zwei Behälterkammern teilen, so dass der Beschichtungswerkstoff 4 im unteren Bereich des Beschichtungsbehälters 14 unter der Wand 46 von der ersten Behälterkammer 40 in die zweite Behälterkammer 42 fließen kann. Durch das Vorhandensein der Wand 46 ergibt sich eine Beruhigung des auf beiden Seiten des Metallbandes 2 an diesem vorbeifließenden flüssigen Beschichtungswerkstoffes 4.
Die Höhe h des Beschichtungswerkstoffes 4 in dem Beschichtungsbehälter 14 ist mit Hilfe eines in vertikaler Richtung verstellbaren Wehres 52 einstellbar. Über das Wehr 52 tritt der Beschichtungswerkstoff 4 in ein Abflussrohr 54 ein (gekennzeichnet durch einen Pfeil 56) und wird von dem Abflussrohr 54 dem Vorschmelzkessel zugeleitet. Das Abflußrohr kann sich auch alternativ am Boden des Beschichtungsbehälters befinden, wobei die Badhöhe über einen Stopfen geregelt ist. Durch den fortwährenden Umlauf des Beschichtungswerkstoffes wird eine qualitativ hochwertige, gleichmäßige Beschichtung erreicht.
Eine weitere Beschichtungsvorrichtung 1 ist in Fig. 3 dargestellt. Ein Metallband 2 wird in vertikaler Richtung aus einer mit Schutzgas gefüllten Zuführkammer 6 mit Hilfe von Führungsrollen 24, 26 zentrisch in einen an eine Einführöffnung 16 eines Beschichtungsbehälters 14 angeschlossenen Kanal 28 und nachfolgend (vergleiche Bandlaufrichtung BR) in den Beschichtungsbehälter 14 geführt. Der Kanal 28 wird gegen ein Auslaufen von Beschichtungswerkstoff 4 aus dem Beschichtungsbehälter 14 mittels Induktoren 20, 22 elektromagnetisch abgedichtet.
Bei dieser Beschichtungsvorrichtung 1 ist der Beschichtungsbehälter 14 in einer mit Schutzgas, vorzugsweise Stickstoff, gefüllten Beschichtungskammer 58angeordnet. Die Dicke der Beschichtung auf dem Metallband 2 wird durch eine Abstreifvorrichtung 38 gesteuert, die Schutzgas, vorzugsweise Stickstoff, als Abstreifmedium verwendet. Das für das Abstreifen erforderliche Schutzgas wird durch ein hier nicht dargestelltes Gebläse aus der Beschichtungskammer 58 abgesaugt und der Abstreifvorrichtung 38 zugeführt. Verluste an Schutzgas werden fortwährend durch von außen zugeführtes Schutzgas ausgeglichen. Nach dem Abstreifen tritt das Metallband 2 nach oben durch eine schmale Ausnehmung 60 aus der Beschichtungskammer 58 hinaus in die Atmosphäre, wo es abgekühlt wird.
Die Anordnung des Beschichtungsbehälters 14 in einer mit Schutzgas gefüllten Beschichtungskammer 58 sowie das Abstreifen überschüssigen Beschichtungswerkstoffes 4 mittels Schutzgases, vorzugsweise mittels Stickstoffes, führt zu einer besonders guten Oberflächenqualität des beschichteten Metallbandes 2. Insbesondere wird dadurch die Bildung von Metalloxiden, beispielsweise Zinkoxid, auf der Oberfläche des flüssigen Beschichtungswerkstoffes 4 und des Metallbandes 4 verhindert. Solche Oxide könnten nachteilig zu Oberflächenfehlern führen, außerdem muss bei einem offenen Beschichtungsbehälter 14, der der Atmosphäre ausgesetzt ist, die Oberfläche des Beschichtungswerkstoffes 4 regelmäßig durch Abziehen der sich bildenden Oxidschicht gereinigt werden.
Die Beschichtungsvorrichtung 1 gemäß Fig. 3 umfasst ferner einen separaten Vorschmelzkessel 62, der dem Einschmelzen des Beschichtungswerkstoffes 4 dient und dem Beschichtungsbehälter 14 vorgeschaltet ist. Der Vorschmelzkessel weist zwei Kesselteile 64, 66 auf, die im oberen Teil durch eine Wand 68 voneinander getrennt sind. Dem ersten Kesselteil 64 wird Einsatzmaterial 70 von oben zugeführt und im ersten Kesselteil 64 eingeschmolzen, so dass flüssiger Beschichtungswerkstoff erhalten wird, der unter der Wand 68 in den zweiten Kesselteil 66 fließt, der an seiner oberen Seite geschlossen ist. Aus dem zweiten Kesselteil 66 wird der flüssige Beschichtungswerkstoff mit Hilfe einer hier nicht dargestellten Pumpe durch eine Rohrleitung 72 und einen Zulauf 44 fortwährend in den Beschichtungsbehälter 14 gepumpt, wobei das geförderte Beschichtungswerktoffvolumen erheblich größer ist als das für die Beschichtung tatsächlich benötigte Volumen. Der überflüssige Beschichtungswerkstoff fließt über ein Abflussrohr 54 infolge Schwerkrafteinflusses in den ersten Kesselteil 64 des Vorschmelzkessels 62 zurück, wobei sich der gesamte Vorschmelzkessel 62 auf einem niedrigeren Höhenniveau als der Beschichtungsbehälter 14 befindet.
Die bei bestimmten Betriebsarten der kontinuierlichen Feuerverzinkung im metallischen Beschichtungswerkstoff entstehenden Verunreinigungen aus FexZny-Partikeln, die eine höhere Dichte als der flüssige Beschichtungswerkstoff 4 aufweisen, setzen sich als sogenanntes bottom dross am Boden des ersten Kesselteils 64 ab. Bei einem Wechsel des Beschichtungswerkstoffes erfolgt die Zufuhr des Beschichtungswerkstoffes aus einem zweiten, hier nicht dargestellten Vorschmelzkessel. Während der Einsatzzeit des zweiten Vorschmelzkessels kann der erste Vorschmelzkessel 62 gereinigt und für den nächsten Einsatz vorbereitet werden. Auf diese Weise kann in kürzester Zeit von einem auf einen anderen Beschichtungswerkstoff umgestellt und der Produktionsausfall minimiert werden.
Ein Wärmebehandlungszyklus für ein erstes Stahlband aus IF-Stahl, das mit Zink beschichtet wird, ist in Fig. 4 gezeigt. Es ist zu erkennen, dass das Band nacheinander die Behandlungsschritte Erwärmung 74, Glühbehandlung 76, langsame Abkühlung 78, schnelle Abkühlung 80, Halten 82, induktive Erwärmung 84, Beschichtung 86 und Abkühlung 88 durchläuft.
Das Stahlband wird dabei auf eine Glühtemperatur T1 von 800 bis 850°C erwärmt, auf dieser Temperatur gehalten und danach langsam auf eine Abkühltemperatur T2 (650 bis 600°C) abgekühlt. Danach erfolgt eine Abkühlung des Bandes durch eine Gas-Jet-Kühlung mit hoher Abkühlgeschwindigkeit auf eine Abkühltemperatur T3.2 bis T3.1, die unterhalb einer Beschichtungstemperatur T5 des Stahlbandes liegt, die die optimale Temperatur für den Beschichtungsvorgang angibt. Bei niedriger Bandgeschwindigkeit erfolgt eine Abkühlung auf die niedrigere Abkühltemperatur T3.1, bei höherer Bandgeschwindigkeit auf die höhere Abkühltemperatur T3.2, so dass die nachfolgende Erwärmung 84 umso größer sein kann, je geringer die Bandgeschwindigkeit ist. Die genannten Abkühltemperaturen T3.1, T3.2 geben Grenzwerte an; bei mittleren Bandgeschwindigkeiten werden Temperaturwerte zwischen den Abkühltemperaturen T3.1, T3.2 erreicht, wobei gleiche Bandabmessungen vorausgesetzt sind.
Nach der Abkühlung 78, 80 wird das Stahlband kurzzeitig auf der erreichten Abkühltemperatur T3.1, T3.2 gehalten und danach in zwei Stufen auf die Beschichtungstemperatur T5 erwärmt. Diese Erwärmung 84 erfolgt bei einer Beschichtungsvorrichtung 1, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, unter Schutzgas in einer Zuführkammer 6, die einen Durchlaufofen mit einem Beschichtungsbehälter 14 verbindet und in der das Stahlband mit einer Umlenkrolle 10 so umgelenkt wird, dass es vertikal von unten nach oben in einen mit einer Einführöffnung 16 des Beschichtungsbehälters 14 verbundenen Kanal 28 geführt wird, der von Induktoren 20, 22 elektromagnetisch abgedichtet wird. In einer ersten Stufe der Erwärmung 84 wird das Stahlband für jede Bandgeschwindigkeit und jede Bandabmessung durch Induktoren 30, 32 einer Vorwärmeinrichtung 8 oder alternativ durch Induktoren 34, 36 einer Vorwärmeinrichtung 12 auf eine Eintrittstemperatur T4.1, T4.2 aufgewärmt, mit der das Stahlband der Verschlussvorrichtung 18 zugeführt wird. Die Eintrittstemperatur T4.1, T4.2 wird derart eingestellt, dass die Beschichtungstemperatur T5 durch eine Erwärmung in einer zweiten Stufe exakt erzielt wird. Die Erwärmung in der zweiten Stufe erfolgt dabei mittels der zur Abdichtung des Beschichtungsbehälters 14 vorgesehenen Induktoren 20, 22 einer Verschlussvorrichtung 18.
Die genannte schnelle (Gas-Jet-)Abkühlung 80 auf die Abkühltemperatur T3.1, T3.2 und die induktive Erwärmung 84 auf die Eintrittstemperatur T4.1, T4.2 werden dabei durch ein Prozessmodell für jede Bandgeschwindigkeit und Bandabmessung fortwährend so geregelt, dass die Beschichtungstemperatur T5 durch die zweite, kaum zu beeinflussende Stufe der Erwärmung exakt erreicht wird.
Einen Wärmebehandlungszyklus für ein zweites Stahlband, das ein Band aus Alberuhigtem Stahl mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt von 0,02 bis 0,06% ist, zeigt Fig. 5. Hier werden von dem Stahlband nacheinander die Behandlungsschritte Erwärmung 74, Glühbehandlung 76, langsame Abkühlung 78, schnelle Abkühlung 80, Überalterung 90, induktive Erwärmung 84, Beschichtung 86 und Abkühlung 88 durchlaufen.
Bei letztgenannten Stahlqualitäten ist im Unterschied zum IF-Stahl eine Überalterungsbehandlung vor dem Beschichten vorteilhaft, um die mechanischen Eigenschaften und die Alterungsbeständigkeit des beschichteten Stahlbandes zu verbessern. Das Stahlband wird hier von einer Glühtemperatur T1 (700 bis 750°C) zunächst langsam auf eine Abkühltemperatur T2 und danach durch Gas-Jet- Kühlung schnell auf eine von der Bandgeschwindigkeit abhängige Überalterungstemperatur T6.1, T6.2 abgekühlt. Diese wird so gewählt, dass sie bei niedriger Bandgeschwindigkeit niedriger ist (durchgezogene Kurve) als bei hoher Bandgeschwindigkeit (gestrichelte Kurve). Dadurch ergibt sich ein in etwa gleicher Überalterungseffekt für unterschiedliche Überalterungszeiten. In der Überalterungszone erfolgt eine weitere langsame Abkühlung des Bandes um ca. 50 bis 100°C. Nach der Überalterung 90 erfolgt eine induktive Erwärmung 84, und zwar entsprechend Fig. 4 zunächst auf eine Eintrittstemperatur T4.1, T4.2 und anschließend auf eine Beschichtungstemperatur T5.
Fig. 6 zeigt einen Wärmebehandlungszyklus für ein drittes Stahlband, und zwar für ein Beschichten von warmgewalztem Stahlband, von kaltgewalztem und geglühtem Stahlband (zum Beispiel haubengeglühtem I-Stahl) sowie von kaltgewalztem walzharten (full hard) Stahlband. Es werden von dem Stahlband die Behandlungsschritte Erwärmung 74, Reduktion 92, induktive Erwärmung 84, Beschichtung 86 und Abkühlung 88 durchlaufen.
Diese vorgenannten Stahlqualitäten brauchen nicht rekristallisierend geglüht zu werden, sondern das Stahlband muss jeweils in einem Durchlaufofen auf eine Temperatur erwärmt werden, die für eine Reduktion einer während der Erwärmung entstehenden dünnen Oxidschicht erforderlich ist. Die Oxidation hängt ab von der Aufwärmgeschwindigkeit. Bei induktiver Banderwärmung mit hoher Aufwärmgeschwindigkeit entsteht nur eine sehr geringe Oxidation der Bandoberfläche, und eine Aufwärmtemperatur T7.1 von 500°C ist ausreichend für die vollständige Reduktion der Oxidschicht durch in einem Schutzgas enthaltenen Wasserstoff.
Danach wird das Stahlband entsprechend der Bandgeschwindigkeit auf eine Abkühltemperatur T3.1, T3.2 (gestrichelte Kurven für niedrige Bandgeschwindigkeit, durchgezogene Kurven für hohe Bandgeschwindigkeit) abgekühlt, die bis zu 200°C unterhalb einer für die Beschichtung erforderlichen Beschichtungstemperatur liegen kann. Von dort wird das Stahlband zunächst auf eine Eintrittstemperatur T4.1, T4.2 induktiv erwärmt und nachfolgend weiter erwärmt, bis die Beschichtungstemperatur T5 erreicht ist. Auch der zweite, letztgenannte Erwärmungsschritt erfolgt induktiv, und zwar bei einer Beschichtungsvorrichtung gemäß Fig. 1 mittels einer Verschlussvorrichtung 18.
Bei einem gasbeheizten Durchlaufofen mit geringer Aufwärmgeschwindigkeit ist aufgrund stärkerer Oxidation der Bandoberfläche eine Erwärmung auf eine Aufwärmtemperatur T7.2 von 700 bis 750°C erforderlich, um eine vollständige Reduktion der Oxide zu erreichen. Ein solcher Zyklus ist wegen der hohen erforderlichen Temperatur nur für warmgewalztes Stahlband anwendbar. Bezugszeichenliste 1 Beschichtungsvorrichtung
2 Metallband
4 Beschichtungswerkstoff
6 Zuführkammer
8 Vorwärmeinrichtung
10 Umlenkrolle
12 Vorwärmeinrichtung
14 Beschichtungsbehälter
16 Einführöffnung
18 Verschlussvorrichtung
20, 22 Induktor
24, 26 Führungsrolle
28 Kanal
30, 32, 34, 36 Induktor
38 Abstreifvorrichtung
40, 42 Behälterkammer
44 Zulauf
46 Wand
48 Ausnehmung
50 Pfeil
52 Wehr
54 Abflussrohr
56 Pfeil
58 Beschichtungskammer
60 Ausnehmung
62 Vorschmelzkessel
64, 66 Kesselteil
68 Wand
70 Einsatzmaterial
72 Rohrleitung
74 Erwärmung
76 Glühbehandlung
78 langsame Abkühlung
80 schnelle Abkühlung
82 Halten
84 induktive Erwärmung
86 Beschichtung
88 Abkühlung
90 Überalterung
92 Reduktion
BR Bandlaufrichtung
h Höhe
T1 Glühtemperatur
T2 Abkühltemperatur
T3.1, T3.2 Abkühltemperatur
T4.1, T4.2 Eintrittstemperatur
T5 Beschichtungstemperatur
T6.1, T6.2 Überalterungstemperatur
T7.1, T7.2 Aufwärmtemperatur

Claims

1. Beschichtungsvorrichtung (1) zum Beschichten eines Metallbandes (2) mit einem Beschichtungswerkstoff (4), die einen eine Einführöffnung (16) für das Metallband (2) aufweisenden Beschichtungsbehälter (14) zur Aufnahme des Beschichtungswerkstoffes (4) aufweist und bei der die Einführöffnung (16) gegen ein Auslaufen des Beschichtungswerkstoffes (4) mit einer elektromagnetischen Verschlussvorrichtung (18) verschließbar ist, wobei in Bandlaufrichtung (BR) vor der Verschlussvorrichtung (18) eine Einrichtung zur Einstellung einer Eintrittstemperatur (T4.1, T4.2) des Metallbandes (2) angeordnet ist, die die Eintrittstemperatur (T4.1, T4.2) des Metallbandes (2) in die Verschlussvorrichtung (18) derart einstellt, dass das Metallband (2) nach seinem Durchlauf durch die Verschlussvorrichtung (18) eine vorgebbare Beschichtungstemperatur aufweist.

2. Beschichtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, bei der die Verschlussvorrichtung (18) eine Anzahl von Induktoren (20, 22) zum elektromagnetischen Verschließen der Einführöffnung (16) aufweist.

3. Beschichtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 2, bei der die Anzahl von Induktoren (20, 22) an der Außenseite eines an die Einführöffnung (16) angeschlossenen Kanals (28) angeordnet ist.

4. Beschichtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Beschichtungsbehälter (14) in einer mit Schutzgas gefüllten Beschichtungskammer (58) angeordnet ist.

5. Beschichtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der eine Vorwärmeinrichtung (8) zur Einstellung der Eintrittstemperatur (T4.1, T4.2) angeordnet ist.

6. Beschichtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 5, bei der die Vorwärmeinrichtung (8) eine Anzahl von Induktoren (30, 32) zur Vorwärmung des Metallbandes (2) aufweist.

7. Beschichtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der der Beschichtungsbehälter (14) zwei Behälterkammern (40, 42) aufweist, wobei in die erste Behälterkammer (40) Beschichtungswerkstoff (4) zuführbar und das Metallband (2) durch die zweite Behälterkammer (42) zur Beschichtung durchführbar ist und wobei die Behälterkammern (40, 42) mittels einer für Beschichtungswerkstoff (4) durchlässigen Wand (46) voneinander getrennt sind.

8. Beschichtungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der dem Beschichtungsbehälter (14) ein zum Einschmelzen des Beschichtungswerkstoffes (4) ausgebildeter Vorschmelzkessel (62) vorgeschaltet ist.

9. Beschichtungsvorrichtung (1) nach Anspruch 8, bei der der Vorschmelzkessel (62) einen offenen Kesselteil (64) zur Aufnahme von rückgeführtem Beschichtungswerkstoff (4) und einen geschlossenen Kesselteil (66) für dem Beschichtungsbehälter (14) zuzuführenden Beschichtungswerkstoff aufweist.

10. Verfahren zur Beschichtung eines Metallbandes (2) mit einem flüssigen Beschichtungswerkstoff (4), wobei das Metallband (2) über eine mittels einer elektromagnetischen Verschlussvorrichtung (18) gegen ein Auslaufen des Beschichtungswerkstoffes (4) verschlossene Einführöffnung (16) in einen Beschichtungsbehälter (14) eingeführt und mit dem dort vorgehaltenen Beschichtungswerkstoff (4) beschichtet wird, und wobei die Eintrittstemperatur (T4.1, T4.2) des Metallbandes (2) in die Verschlussvorrichtung (18) derart eingestellt wird, dass das Metallband (2) nach dem Durchlauf durch die Verschlussvorrichtung (18) eine vorgebbare Beschichtungstemperatur (T5) aufweist.

11. Verfahren zur Beschichtung eines Metallbandes (2) nach Anspruch 10, bei dem das Metallband (2) in etwa vertikal von unten nach oben durch die Einführöffnung (16) und den Beschichtungswerkstoff (4) in den Beschichtungsbehälter (14) geführt wird.

12. Verfahren zur Beschichtung eines Metallbandes (2) nach Anspruch 10 oder 11, bei dem die Eintrittstemperatur (T4.1, T4.2) des Metallbandes (2) mittels einer Vorwärmeinrichtung (8) eingestellt wird.

13. Verfahren zur Beschichtung eines Metallbandes (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem das Metallband (2) einem Vorglühschritt unterzogen wird und nach dem Vorglühen und vor der Zuführung in die Verschlussvorrichtung (18) zwischengekühlt wird.

14. Verfahren zur Beschichtung eines Metallbandes (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem das Metallband (2) der Abkühlung und/oder der Vorwärmung unter Schutzgas unterzogen wird.

15. Verfahren zur Beschichtung eines Metallbandes (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, bei dem das Metallband (2) nach Durchlaufen des Beschichtungswerkstoffes (4) in eine mit Schutzgas gefüllte Kammer geführt wird.

16. Verfahren zur Beschichtung eines Metallbandes (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Metallband (2) ein Stahlband und der Beschichtungswerkstoff (4) ein Metall ist.