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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schmelztauchbeschichtung von Metallsträngen, insbesondere von Stahlband, in der der Metallstrang zumindest teilweise vertikal durch einen das geschmolzene Beschichtungsmetall aufnehmenden Behälter hindurchführbar ist, wobei zur Zentrierung des Metallstrangs in einer gewünschten Mittenposition und/oder zu seiner Stabilisierung ein ein Magnetfeld erzeugendes System vorhanden ist. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Schmelztauchbeschichtung von Metallsträngen.
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Schmelztauchbeschichtungsvorrichtungen und zugehörige Verfahren zu deren Betreiben sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Bei herkömmlichen Bandbeschichtungsanlagen wird das zu beschichtende Metallband von Rollen geführt. Dies gilt insbesondere für den Abschnitt des Metallstrangs, der sich oberhalb des Beschichtungsbehälters vertikal nach oben erstreckt. In diesem Bereich ist zumeist eine Abblasvorrichtung angeordnet, mit der das teilweise noch schmelzflüssige Beschichtungsmetall vom Metallstrang derart abgeblasen wird, dass sich eine gewünschte Beschichtungsdicke einstellt. Abhängig vom Querschnitt des Metallstrangs und aufgrund des notwendigen Abstands zwischen den Führungsrollen, durch die Anregung des Metallstrangs durch die Welligkeit sowie durch weitere prozessbedingte Einflüsse, wie das Abblasen oder das Kühlen, wird der Metallstrang zu Schwingungen angeregt, die eine Auslenkung in Normalenrichtung des Metallstrangs (Richtung senkrecht auf die Metallstrangoberfläche) bewirken.
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Wenn diese Schwingungen im Bereich der Eigenfrequenz des unter Zugspannung stehenden Metallstrangs zu liegen kommen, entstehen infolge der Resonanz besonders große Schwingungsamplituden. Die Schwingungen wirken sich generell sehr nachteilhaft auf die Qualität der Oberflächenbeschichtung aus, so dass bereits eine Vielzahl von Überlegungen dazu angestellt wurden, wie vorgegangen werden kann, um die Schwingungen zu reduzieren und so die Beschichtungsqualität zu verbessern.
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Je ruhiger der Metallstrang die Schmelztauchbeschichtungsanlage passiert, desto gleichmäßiger lässt sich das Beschichtungsmetall auftragen. Eine gleichmäßige Dicke des Beschichtungsmetalls ist besonders bei solchen Metallsträngen wichtig, die beispielsweise über Tiefziehverfahren oder andere Verformungen durch Pressen weiterverarbeitet werden. Durch Abweichungen in der Beschichtungsdicke ändert sich hier das Fließverhalten bei der Formgebung, was sich nachteilhaft auf die Qualität des aus dem Metallstrang zu fertigenden Produkts auswirkt.
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Um Auslenkungen des Metallstrangs senkrecht zur Bewegungsrichtung während des Schmelztauchbeschichtens zu vermeiden, hat es bereits unterschiedliche Ansätze gegeben. Beispielsweise wurde versucht, die Abstreifdüsen des Abstreifsystems in Abhängigkeit von der Auslenkung des Metallbands senkrecht zur Bewegungsrichtung nachzuführen. Bei anderen Lösungen wurde versucht, über die Druckregulierung der Abstreifdüsen eine Vergleichmäßigung der Dicke des Beschichtungsmetalls zu erreichen.
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Die
DE 195 35 854 C2 offenbart ein Verfahren zur Bandstabilisierung in einer Anlage zum Beschichten von bandförmigem Gut, wobei durch mindestens ein beidseitig des Bandes im Bereich des Beschichtungskanals angeordnetes Magnetspulenpaar, dessen Feldstärke und/oder Frequenz einstallbar ist, eine Korrektur des Bandlaufes erfolgen kann.
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Durch die
DE 100 14 867 A1 ist ein Verfahren zum Schmelztauchbeschichten von Metallsträngen bekanntgeworden, bei dem der Metallstrang vertikal durch einen das geschmolzene Beschichtungsmetall aufnehmenden Behälter und durch einen vorgeschalteten Führungskanal geführt wird, in dem durch ein elektromagnetisches Wanderfeld eine elektromagnetische Kraft zum Zurückhalten der Schmelze aufgebaut wird, wobei zum Stabilisieren einer mittigen Lage des Metallstrangs im Führungskanal bzw. in einem Induktor das elektromagnetische Feld senkrecht zur Metallstrangoberfläche kontinuierlich korrigiert wird.
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Weiterhin ist auch bereits versucht worden, den Metallstrang über gesteuerte Elektromagnete zu zentrieren und in der gewünschten Mittenlage zu halten. Eine solche Lösung ist aus der
JP 6 136 502 A bekannt.
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Gemeinsam ist allen vorbekannten Verfahren, dass die Position des Metallstrangs mittels Sensoren erfasst und eine Abweichung von der idealen Mittenebene einem Regelsystem zugeleitet wird, das durch Beeinflussung entsprechender Prozessparameter versucht, das Band möglichst ohne Abweichungen von der Mittenebene in der Vorrichtung zu halten. Problematisch ist es hierbei, dass durch Regelabweichungen auch Abweichungen in der Dicke der Beschichtung bewirkt werden. Ferner gibt es Störgrößen, wie beispielsweise einen Wechsel im Bandquerschnitt, der eine effiziente Regelung negativ beeinflusst.
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Sofern – wie bei der japanischen Publikation – elektromagnetische Spulensysteme eingesetzt werden, um den Metallstrang in der Mittenebene zu halten, werden beidseitig des Metallstrangs elektromagnetische Spulen angeordnet. Durch Beeinflussung der Ströme in den beiden Spulen kann eine elektromagnetische Kraft in Normalenrichtung zur Bandoberfläche erzeugt werden. Aufgrund der Anordnung der magnetischen Spulen ist die Feldstärke des Magnetfeldes an der Spulenoberfläche am größten und nimmt zur Mitte hin mit dem Abstand von der Spule quadratisch ab. Aufgrund der Stromflussrichtung und des ausgebildeten Magnetfeldes ist immer eine Bandanziehung zur elektromagnetischen Spule hin vorhanden. Daher sind effizient arbeitende Band-Positionserfassungs- und -Regelungssysteme erforderlich, um den Metallstrang permanent in gewünschter Weise in der Mittenebene zu halten. Durch Randwelligkeiten und Mittenwelligkeiten des Metallstrangs müssen diese Regelsysteme sehr leistungsfähig sein, was sie sehr komplex und teuer und wenig anwenderfreundlich macht. Dies hat hohe Kosten bei der Realisierung solcher Anlagen zur Folge.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung sowie ein zugehöriges Verfahren zur Schmelztauchbeschichtung von Metallsträngen vorzuschlagen, mit der bzw. mit dem die vorstehenden Nachteile überwunden werden können. Vorrichtung und Verfahren sollen also insbesondere einfach aufgebaut und leicht anwendbar sein, wobei ohne hohen apparativen und verfahrenstechnischen Aufwand eine effiziente Zentrierung und/oder Stabilisierung des Metallstrangs in der Schmelztauchbeschichtungsanlage bewerkstelligt werden soll.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das das Magnetfeld erzeugende System mindestens eine elektrische Spule aufweist, die in einem Schnitt senkrecht zur Bewegungsrichtung des Metallstrangs den Metallstrang vollständig umgibt. Hierbei ist bevorzugt vorgesehen, dass die mindestens eine elektrische Spule eine Rechteckform aufweist.
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Die elektrische Spule kann eine Vielzahl von Spulenwindungen aufweisen. Sie kann von einphasigem Strom oder von mehrphasigem, insbesondere dreiphasigem, Strom durchflossen werden.
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Das das Magnetfeld erzeugende System kann oberhalb des Behälters mit dem Beschichtungsmetall angeordnet sein; dabei kann es insbesondere unterhalb eines Abstreifsystems zur Regelung der Auftragsdicke des Beschichtungsmetalls angeordnet werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kommt mit Vorteil bei einer Schmelztauchbeschichtungsanlage zum Einsatz, die einen unterhalb des Behälters angeordneten Führungskanal aufweist, wobei im Bereich des Führungskanals ein elektromagnetischer Induktor angeordnet ist, der zum Zurückhalten des Beschichtungsmetalls im Behälter ein elektromagnetisches Feld erzeugen kann. Dann kann das das Magnetfeld erzeugende System auch unterhalb des Induktors angeordnet sein.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Schmelztauchbeschichtung von Metallsträngen zeichnet sich dadurch aus, dass das das Magnetfeld erzeugende System mindestens eine elektrische Spule aufweist, die in einem Schnitt senkrecht zur Bewegungsrichtung des Metallstrangs den Metallstrang vollständig umgibt, wobei das das Magnetfeld erzeugende System auf eine gewünschte Temperatur erwärmt wird. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass die Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Beschichtungsmetalls liegt. Hier ist vor allem an Temperaturen oberhalb 420°C gedacht (Schmelztemperatur von Zink).
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Eine besonders gute Wirkung der Anlage ergibt sich, wenn der die Spule durchfließende Strom abhängig von der Geschwindigkeit des Metallstrangs in Bewegungsrichtung gewählt wird. Alternativ oder additiv kann vorgesehen werden, dass der Strom abhängig von der Auslenkung des Metallstrangs in seiner Normalenrichtung gewählt wird. Ferner kann der Strom in Abhängigkeit von der Querschnittsfläche des Metallstrangs gewählt werden.
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Mit der vorgeschlagenen Lösung ergibt sich in vorteilhafter Weise ein besonders einfacher Aufbau eines Stabilisierungs- und/oder Zentrierungssystems für den die Metallbeschichtungsanlage passierenden Metallstrang. Der Strang wird ohne hohen apparativen und regelungstechnischen Aufwand stets in der Mittenebene gehalten bzw. in diese eingeregelt, wobei es keines besonderen regelungstechnischen Systems bedarf. Die Qualität des beschichteten Metallstrangs kann dadurch erhöht und gleichzeitig die Produktionskosten für den Strang erniedrigt werden.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
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1 schematisch ein Schmelztauch-Beschichtungsgefäß mit einem durch dieses hindurch geführten Metallstrang;
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2 schematisch einen Querschnitt durch Spule und Metallstrang im Bereich des das Magnetfeld erzeugenden Systems;
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3 den Verlauf der Magnetfelder beider Spulenteile;
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4 in perspektivischer Ansicht schematisch die das Magnetfeld erzeugende Spule samt dem durch diese hindurchtretenden Metallstrang; und
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5 einen Querschnitt durch Metallstrang und Spule in einer Ebene senkrecht zur Bewegungsrichtung des Metallstrangs.
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In 1 ist das Prinzip der Schmelztauch-Beschichtung eines Metallstrangs 1, insbesondere eines Stahlbands, gezeigt. Der zu beschichtende Metallstrang 1 tritt vertikal von unten in einen Führungskanal 8 der Beschichtungsanlage ein. Der Führungskanal 8 bildet das untere Ende eines Behälters 3, der mit flüssigem Beschichtungsmetall 2 gefüllt ist. Der Metallstrang 1 wird in Bewegungsrichtung X vertikal nach oben geführt. Damit das flüssige Beschichtungsmetall 2 nicht aus dem Behälter 3 auslaufen kann, ist im Bereich des Führungskanals 8 ein elektromagnetischer Induktor 9 angeordnet. Dieser besteht aus zwei Hälften, von denen jeweils eine seitlich des Metallstrangs 1 angeordnet ist. Im elektromagnetischen Induktor 9 wird ein elektromagnetisches Wanderfeld erzeugt, das das flüssige Beschichtungsmetall 2 im Behälter 3 zurückhält und so am Auslaufen hindert.
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Der Metallstrang 1 bewegt sich mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit v in Bewegungsrichtung X, wobei insbesondere der Bandabschnitt oberhalb der Oberfläche des Beschichtungsmetalls 2 und unterhalb eines Abstreifsystems 7, das zur Regelung der Dicke der auf den Metallstrang 1 aufgebrachten Beschichtung eingesetzt wird, anfällig für die Ausbildung von Schwingungen ist. Bei derartigen Schwingungen lenkt sich der Metallstrang 1 in Richtung der Normalen N senkrecht auf die Oberfläche des Metallstrangs 1 aus. Der Metallstrang 1, der sich im Idealfall genau in der Mittenposition 4 befindet, weicht dann also von dieser Mittenposition ab.
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Zur Vermeidung derartiger schwingungsbedingter Auslenkungen ist ein Magnetfeld M erzeugendes System 5 oberhalb des Behälters 3 und unterhalb des Abstreifsystems 7 angeordnet. Es sei angemerkt, dass jedoch auch jede andere Position für solch ein System 5 vorgesehen werden kann, beispielsweise unterhalb des elektromagnetischen Induktors 9. Es kann auch vorgesehen werden, dass mehrere Systeme 5 entlang des Verlaufs des Metallstrangs 1 zum Einsatz kommen.
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Die Wirkungsweise des das Magnetfeld M erzeugenden Systems 5 ist in 2 skizziert. Hier ist ein Querschnitt durch das System 5 und den Metallstrang 1 skizziert. Das System 5 weist eine elektrische Spule 6 auf, die im skizzierten Falle insgesamt 4 Wicklungen hat. Die Spule 6 wird von einem Strom I durchflossen. Bei den vier im linken Bildabschnitt in 2 dargestellten Leitern der Spule 6 fließt der Strom I in die Zeichenebene hinein, bei den vier rechts dargestellten Spulenabschnitten tritt die Stromrichtung aus der Zeichenebene heraus. Wie insbesondere in den 4 und 5 zu sehen ist, handelt es sich bei der Spule 6 um eine Anordnung, die sich vollständig um den Metallstrang 1 herum erstreckt, ihn also umfasst, während er die Spule 6 passiert.
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In 2 ist dargestellt, wie sich aufgrund des Stromdurchflusses der einzelnen Spulenabschnitte ein Magnetfeld M ausbildet. Das Magnetfeld bewirkt eine Kraft auf den Metallstrang 1, was durch die beiden Pfeile angedeutet ist, die in Normalenrichtung N zeigen.
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Die 3 zeigt das sich aus der Überlagerung der vier Spulenabschnitte gemäß 2 resultierende gesamte Magnetfeld M. Die vier linken Spulenteile gemäß 2 erzeugen das mit M1 bezeichnete Magnetfeld, das im Bereich der Spulenabschnitte am größten ist und mit dem Abstand von diesen quadratisch abnimmt. Entsprechend ist das Magnetfeld, das die vier rechten Spulenteile in 2 erzeugt, mit M2 bezeichnet. Auch hier ist der quadratisch abnehmende Verlauf des Magnetfelds skizziert. Wie gesehen werden kann, ergibt sich der Schnittpunkt beider Teilmagnetfelder M1 und M2 im Bereich der Mittenposition 4. Das bedeutet, dass die von den beiden Spulenteilen gemäß 2 auf den Metallstrang 1 ausgeübten Kräfte in der Mittenposition 4 am geringsten sind. Weicht der Metallstrang 1 aus dieser Mittenposition 4 in Normalenrichtung N ab, übt der entsprechende Spulenteil (linke bzw. rechte Spulenhälfte gemäß 2) eine Kraft auf den Metallstrang 1 aus, der ihn wieder in die Mittenposition 4 zurückdrängt.
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Damit wird in einfacher Weise erreicht, dass ohne Einsatz komplexer Regelsysteme der Metallstrang 1 in der Mitte der Beschichtungsanlage gehalten wird.
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In 4 ist zu sehen, wie sich die elektrische Spule 6, die Bestandteil des das Magnetfeld M erzeugenden Systems 5 ist, vollständig um den durchlaufenden Metallstrang 1 herum erstreckt. Der Metallstrang 1 bewegt sich senkrecht nach oben in Bewegungsrichtung X mit vorgegebener Geschwindigkeit v. Die Spule 6 – auch hier bestehend aus vier Windungen – wird vom Strom I durchflossen.
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Diese Konstellation kann auch in 5 gesehen werden, wo der Querschnitt durch den Metallstrang 1 und die Spule 6 in einer Ebene senkrecht zur Bewegungsrichtung X des Metallstrangs 1 gezeigt ist. Der Metallstrang 1 hat eine Querschnittsfläche A, von der die Höhe des Stroms I abhängig gemacht werden kann, der durch die Spule 6 fließt. Genauso ist es möglich, die Höhe des Stroms I von der Geschwindigkeit v des Metallstrangs 1 bzw. von zu erwartenden Auslenkungen des Metallstrangs 1 in seiner Normalenrichtung N abhängig zu machen.
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Aufgrund der Führung des Metallstrangs 1 durch die im Ausführungsbeispiel rechteckförmig ausgebildete stromdurchflossene Spule 6 wird eine magnetische Kraft auf das Band 1 ausgeübt, die in der Mittenposition 4 der Beschichtungsanlage minimal ist und daher den Metallstrang 1 in dieser Position zentriert bzw. stabilisiert; im Bereich der Mittenposition 4 herrscht also die geringste Gesamt-Magnetfeldstärke. Die elektrische Spule 6 ist folglich so in die Beschichtungsanlage eingebaut, dass sich aus ihrer geometrischen Mitte die Mittenposition 4 der Anlage ergibt.
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Die Höhe des Stroms I, mit dem die Spule 6 durchflossen wird, kann über die bereits genannten Parameter hinaus auch in Abhängigkeit des Materials des Metallstrangs 1 gewählt werden.
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Das Magnetfeld M erzeugende System 5 kann überall dort in die Beschichtungsanlage eingebaut werden, wo es besonders auf einen ruhigen Lauf des Metallstrangs 1 ankommt, zwischen dem Behälter 3 und dem Abstreifsystem 7, im Kühlturm, vor und/oder hinter dem elektromagnetischen Induktor 9 sowie an jeder weiteren beliebigen Stelle, an der eine Bandstabilisierung und Symmetrierung gefordert wird, die mechanisch nicht zu erreichen ist.
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Die elektrische Spule 6 kann von ein- oder mehrphasigem Strom I durchflossen werden, beispielsweise von dreiphasigem Strom.
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Verfahrensgemäß ist vorgesehen, dass das Magnetfeld M erzeugende System 5, insbesondere also auch die Spule 6, auf eine gewünschte Temperatur erwärmt wird. Diese liegt bevorzugt oberhalb der Schmelztemperatur des Beschichtungsmetalls. Im Falle einer Zinkbeschichtung kommt hierfür besonders eine Temperatur von 420°C in Frage. Bei Galvalumen können auch Temperaturen bis zu 650°C angezeigt sein. Durch die Erwärmung des Systems 5 kann verhindert werden, dass auftretende Metallspritzer auf dem beschichteten Metallstrang „anbacken” und so zu Qualitätsverlusten bzw. zu Betriebsstörungen führen.
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Für den Fall, dass das zu beschichtende Metallband 1 unproblematisch mit der Metallschicht versehen werden kann, ist es auch möglich, die Beschichtungsanlage vorübergehend ohne das System 5 zu betreiben; in diesem Falle wird der Strom I einfach abgeschaltet.
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Durch die vorgeschlagene Vorrichtung und das beschriebene Verfahren wird erreicht, dass Bandschwingungen im Prozessteil der Beschichtungsanlage verringert oder gänzlich vermieden werden können. Es bedarf hierzu keines komplexen Regelungssystems, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Sowohl die Beschichtungsanlage selber als auch der Beschichtungsprozess sind daher kostengünstig, effektiv und einfach anwendbar und lassen sich bei allen Beschichtungsaufgaben einsetzen, bei denen der zu beschichtende Metallstrang 1 magnetisch ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Metallstrang (Stahlband)
- 2
- Beschichtungsmetall
- 3
- Behälter
- 4
- Mittenposition
- 5
- Magnetfeld erzeugendes System
- 6
- elektrische Spule
- 7
- Abstreifsystems
- 8
- Führungskanal
- 9
- elektromagnetischer Induktor
- M
- Magnetfeld
- X
- Bewegungsrichtung
- N
- Normalenrichtung
- A
- Querschnittsfläche des Metallstrangs
- I
- Strom
- v
- Geschwindigkeit des Metallstrangs
