DE10254307A1

DE10254307A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Schmelztauchbeschichtung eines Metallstranges

Info

Publication number: DE10254307A1
Application number: DE10254307A
Authority: DE
Inventors: Holger Dr. Behrens; Rolf Brisberger; Bodo Falkenhahn; Bernhard Tenckhoff; Michael Zielenbach
Original assignee: SMS Demag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 2002-11-21
Filing date: 2002-11-21
Publication date: 2004-06-03
Also published as: WO2004046413A3; TWI307725B; AU2003283279A8; WO2004046413A2; TW200408724A; MY148343A; AU2003283279A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schmelztauchbeschichtung eines Metallstranges (1), insbesondere eines Stahlbandes, bei dem der Metallstrang (1) verikal durch einen das geschmolzene Beschichtungsmetall (2) aufnehmenden Behälter (3) und durch einen vorgeschalteten Führungskanal (4) hindurchgeführt wird, wobei zum Zurückhalten des Beschichtungsmetalls (2) im Behälter (3) im Bereich des Führungskanals (4) ein elektromagnetisches Feld mittels mindestens zwei beiderseits des Metallstranges (1) angeordneter Induktoren (5) erzeugt wird. Um die Abdichtung des Beschichtungsbehälters mittels der Induktoren zu verbessern, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Festlegung der Höhe der durch die Induktoren (5) erzeugten magnetischen Feldstärke in Abhängigkeit des Pegelstandes (h) des geschmolzenen Beschichtungsmetalls (2) im Behälter (3) erfolgt. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Schmelztauchbeschichtung eines Metallstranges.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schmelztauchbeschichtung eines Metallstranges, insbesondere eines Stahlbandes, bei dem der Metallstrang vertikal durch einen das geschmolzene Beschichtungsmetall aufnehmenden Behälter und durch einen vorgeschalteten Führungskanal hindurchgeführt wird, wobei zum Zurückhalten des Beschichtungsmetalls im Behälter im Bereich des Führungskanals ein elektromagnetisches Feld mittels mindestens zwei beiderseits des Metallstranges angeordneter Induktoren erzeugt wird. Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Schmelztauchbeschichtung eines Metallstranges.

Klassische Metall-Tauchbeschichtungsanlagen für Metallbänder weisen einen wartungsintensiven Teil auf, nämlich das Beschichtungsgefäß mit der darin befindlichen Ausrüstung. Die Oberflächen der zu beschichtenden Metallbänder müssen vor der Beschichtung von Oxidresten gereinigt und für die Verbindung mit dem Beschichtungsmetall aktiviert werden. Aus diesem Grunde werden die Bandoberflächen vor der Beschichtung in Wärmeprozessen in einer reduzierenden Atmosphäre behandelt. Da die Oxidschichten zuvor chemisch oder abrasiv entfernt werden, werden mit dem reduzierenden Wärmeprozess die Oberflächen so aktiviert, dass sie nach dem Wärmeprozess metallisch rein vorliegen.

Mit der Aktivierung der Bandoberfläche steigt aber die Affinität dieser Bandoberflächen für den umgebenden Luftsauerstoff. Um zu verhindern, dass Luftsauerstoff vor dem Beschichtungsprozess wieder an die Bandoberflächen gelangen kann, werden die Bänder in einem Tauchrüssel von oben in das Tauchbeschichtungsbad eingeführt. Da das Beschichtungsmetall in flüssiger Form vorliegt und man die Gravitation zusammen mit Abblasvorrichtungen zur Einstellung der Beschichtungsdicke nutzen möchte, die nachfolgenden Prozesse jedoch eine Bandberührung bis zur vollständigen Erstarrung des Beschichtungsmetalls verbieten, muss das Band im Beschichtungsgefäß in senkrechte Richtung umgelenkt werden. Das geschieht mit einer Rolle, die im flüssigen Metall läuft. Durch das flüssige Beschichtungsmetall unterliegt diese Rolle einem starken Verschleiß und ist Ursache von Stillständen und damit Ausfällen im Produktionsbetrieb.

Durch die gewünschten geringen Auflagedicken des Beschichtungsmetalls, die sich im Mikrometerbereich bewegen können, werden hohe Anforderungen an die Qualität der Bandoberfläche gestellt. Das bedeutet, dass auch die Oberflächen der bandführenden Rollen von hoher Qualität sein müssen. Störungen an diesen Oberflächen führen im allgemeinen zu Schäden an der Bandoberfläche. Dies ist ein weiterer Grund für häufige Stillstände der Anlage.

Um die Probleme zu vermeiden, die im Zusammenhang mit den im flüssigen Beschichtungsmetall laufenden Rollen stehen, hat es Ansätze dazu gegeben, ein nach unten offenes Beschichtungsgefäß einzusetzen, das in seinem unteren Bereich einen Führungskanal zur vertikalen Banddurchführung nach oben aufweist und zur Abdichtung einen elektromagnetischen Verschluss einzusetzen. Es handelt sich hierbei um elektromagnetische Induktoren, die mit zurückdrängenden, pumpenden bzw. einschnürenden elektromagnetischen Wechsel- bzw. Wanderfeldern arbeiten, die das Beschichtungsgefäß nach unten abdichten.

Eine solche Lösung ist beispielsweise aus der EP 0 673 444 B1 bekannt. Einen elektromagnetischen Verschluss zur Abdichtung des Beschichtungsgefäßes nach unten setzt auch die Lösung gemäß der WO 96/03533 bzw. diejenige gemäß der JP 5086446 ein.

Einen elektromagnetischen Verschluss in einer Beschichtungsanlage setzt auch die EP 0 659 897 B1 ein. Dort sind des weiteren Mittel vorgesehen, mit denen der Pegelstand des geschmolzenen Beschichtungsmetalls im Beschichtungsbehälter konstant gehalten werden kann.

Nachteilig bei derartigen Lösungen ist es, dass der elektromagnetische Verschluss im geschmolzenen Beschichtungsmetall eine Strömung hervorruft, die bei sehr starken Abdichtfeldern auf der Badoberfläche eine Wellenbewegung erzeugen kann. Diese wirkt sich nachteilig bei der Herstellung qualitativ hochwertiger beschichteter Metallbänder aus.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zum Schmelztauchbeschichten eines Metallstranges zu schaffen, mit dem bzw. mit der es möglich ist, die genannten Nachteile zu vermeiden. Es soll insbesondere erreicht werden, dass trotz Einsatz eines elektromagnetischen Verschlusses bei einem unten offenen Beschichtungsgefäß eine möglichst ruhige Badoberfläche erreicht wird, was qualitativ hochwertige beschichtete Metallstränge liefert.

Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Festlegung der Höhe der durch die Induktoren erzeugten magnetischen Feldstärke in Abhängigkeit des Pegelstandes des geschmolzenen Beschichtungsmetalls im Behälter erfolgt.

Das Erfindungskonzept stellt also darauf ab, dass die für die Abdichtung erforderliche magnetische Feldstärke der Induktoren in Abhängigkeit der Füllstandshöhe im Beschichtungsgefäß erfolgt. Es entsteht daher eine Kopplung, bei der das elektromagnetische Feld gerade so groß ist, dass kein geschmolzenes Beschichtungsmetall durch den Führungskanal nach unten austreten kann, dass es jedoch so klein bleibt, dass eine hinreichend ruhige Badoberfläche entsteht. Die Erfindung macht dabei von der Erkenntnis Gebrauch, dass die Stärke des elektromagnetischen Feldes zum Verschließen der Bodenöffnung des Beschichtungsgefäßes wesentlich von der Füllhöhe des geschmolzenen Beschichtungsmetalls im Beschichtungsbehälter abhängig ist. Die vorgeschlagene Vorgehensweise bringt jedoch dabei nur ein so starkes abdichtendes Magnetfeld hervor, dass sich eine ruhige Badoberfläche ergibt.

Dabei kann das elektromagnetische Feld ein mehrphasiges Wanderfeld sein, das durch Anlegen eines Wechselstroms mit einer Frequenz zwischen 2 Hz und 2 kHz erzeugt wird. Alternativ dazu kann es auch ein einphasiges Wechselfeld ist, das durch Anlegen eines Wechselstroms mit einer Frequenz zwischen 2 kHz und 10 kHz erzeugt wird.

Mit Vorteil erfolgt die Festlegung der Amplitude des Stroms der abdichtenden Reduktoren zur Anregung des magnetischen Feldes in den Induktoren in Abhängigkeit des Pegelstandes des geschmolzenen Beschichtungsmetalls im Behälter. Alternativ oder additiv kann vorgesehen sein, dass die Festlegung der Frequenz des Stroms zur Anregung des magnetischen Feldes in den Induktoren in Abhängigkeit des Pegelstandes des geschmolzenen Beschichtungsmetalls im Behälter erfolgt. Schließlich kann alternativ oder additiv hierzu vorgesehen werden, dass die Festlegung des Funktionsverlaufs des Stroms zur Anregung des magnetischen Feldes in den Induktoren in Abhängigkeit des Pegelstandes des geschmolzenen Beschichtungsmetalls im Behälter erfolgt.

Die Vorrichtung zur Schmelztauchbeschichtung eines Metallstranges mit mindestens zwei beiderseits des Metallstranges im Bereich des Führungskanals angeordneten Induktoren zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes zum Zurückhalten des Beschichtungsmetalls im Behälter ist gekennzeichnet durch Mittel zur Messung des Pegelstandes des geschmolzenen Beschichtungsmetalls im Behälter und Regelungsmittel zur Regelung der Höhe der durch die Induktoren erzeugten magnetischen Feldstärke in Abhängigkeit des von den Mitteln gemessenen Pegelstandes.

Mit Vorteil können die Regelungsmittel auf die Frequenz des Stroms zur Anregung des magnetischen Feldes in den Induktoren und/oder auf die Amplitude des Stroms zur Anregung des magnetischen Feldes in den Induktoren und/oder auf den Funktionsverlauf des Stroms zur Anregung des magnetischen Feldes in den Induktoren einwirken.

Weiterbildungsgemäß ist vorgesehen, dass die Vorrichtung ein Regelungssystem zur Regelung der Höhe des Pegelstandes des geschmolzenen Beschichtungsmetalls im Behälter aufweist. Schließlich kann das Regelungssystem einen Vorlagebehälter für geschmolzenes Beschichtungsmetall, eine Pumpe zum Fördern von geschmolzenem Beschichtungsmetall vom Vorlagebehälter in den Behälter, einen Ablauf zum Ablassen von geschmolzenem Beschichtungsmetall vom Behälter in den Vorlagebehälter und einen Regler aufweisen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die einzige Figur zeigt schematisch eine Schmelztauch-Beschichtungsvorrichtung mit einem durch diese hindurch geführten Metallstrang.
Die Vorrichtung weist einen Behälter 3 auf, der mit schmelzflüssigem Beschichtungsmetall 2 gefüllt ist. Bei diesem kann es sich beispielsweise um Zink oder Aluminium handeln. Der zu beschichtende Metallstrang 1 in Form eines Stahlbandes passiert den Behälter 3 in Förderrichtung R vertikal nach oben.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass es grundsätzlich auch möglich ist, dass der Metallstrang 1 den Behälter 3 von oben nach unten passiert.
Zum Durchtritt des Metallstranges 1 durch den Behälter 3 ist dieser im Bodenbereich geöffnet; hier befindet sich ein Führungskanal 4. Damit das schmelzflüssige Beschichtungsmetall 2 nicht durch den Führungskanal 4 nach unten abfließen kann, befinden sich beiderseits des Metallstranges 1 zwei elektromagnetische Induktoren 5, die ein magnetisches Feld erzeugen, das aufgrund von resultierenden Volumenkräften in der Schmelze der Schwerkraft des Beschichtungsmetalls 2 entgegenwirkt und damit den Führungskanal 4 nach unten hin abdichtet.
Bei den Induktoren 5 handelt es sich um zwei gegenüber angeordnete Wechselfeld- oder Wanderfeldinduktoren, die im Frequenzbereich von 2 Hz bis 10 kHz betrieben werden und ein elektromagnetisches Querfeld senkrecht zur Förderrichtung R aufbauen. Der bevorzugte Frequenzbereich für einphasige Systeme (Wechselfeldinduktoren) liegt zwischen 2 kHz und 10 kHz, der für mehrphasige Systeme (z. B. Wanderfeldinduktoren) zwischen 2 Hz und 2 kHz.
Die Beschichtungsvorrichtung ist mit Mitteln 6 zur Messung des Pegelstandes h des geschmolzenen Beschichtungsmetalls 2 im Behälter 3 ausgestattet. Über diese Mittel 6 ist es möglich, den Ist-Stand des Pegels zu erfassen und einem Regelungsmittel 7 zuzuleiten. Das Regelungsmittel 7 steuert die Induktoren 5 an, wobei der Induktionsstrom der Induktoren gerade so groß vorgegeben wird, dass beim vorliegenden Pegelstand h des Beschichtungsmetalls 2 im Behälter 3 eine hinreichende elektromagnetische Rückhaltekraft erzeugt wird, so dass kein Beschichtungsmetall 2 durch den Führungskanal 4 auslaufen kann. Damit werden im Beschichtungsbad infolge der elektromagnetischen Kraft der Induktoren 5 nur solche Strömungen hervorgerufen, wie es unbedingt erforderlich ist, um das Beschichtungsmetall 2 im Behälter 3 zurückzuhalten. Daraus ergibt sich eine relativ ruhige Badoberfläche des Beschichtungsmetalls 2 im Behälter 3.
Der funktionale Verlauf des Stroms zur Anregung der Induktoren 5 in Abhängigkeit des Pegelstandes h des Beschichtungsmetalls 2 im Behälter 3 ist im Regelungsmittel 7 hinterlegt. Der Eingangsparameter für das Regelungsmittel 7 zur Festlegung des Induktorenstroms ist also der Pegelstand h. Dieser wird mit einem Regelungssystem 8 auf einem gewünschten Niveau geregelt. Das Regelungssystem 8 besteht aus einem Vorlagebehälter 9 zur Aufnahme schmelzflüssigen Beschichtungsmetalls 2, einer Pumpe 10, mit der Beschichtungsmetall vom Vorlagebehälter 9 in den Behälter 3 gepumpt werden kann, einem gesteuerten Ablauf 11, mit dem Beschichtungsmetall aus dem Behälter 3 in den Vorlagebehälter 9 abgelassen werden kann, sowie einem Regler 12, der ausgehend vom Pegelstand h, der durch die Mittel 6 gemessen wird, die Pumpe 10 sowie den Ablauf 11 ansteuert.
Der Pegelstand h im Behälter 3 wird damit auf einem gewünschten vorgegebenen Wert gehalten. Schematisch ist angedeutet, dass sich der Pegelstand h im Normalbetrieb zwischen einem gewünschten minimalen Wert h_min und einem maximalen Wert h_max bewegen kann.
Ausgehend von einem effektiv vorliegenden Wert des Pegelstandes h des Beschichtungsmetalls 2 im Behälter 3 wird also durch das Regelungsmittel 7 den Induktoren 5 nur der gerade erforderliche Strom vorgegeben, so dass ein magnetisches Feld erzeugt wird, das ein zuverlässiges Rückhalten des Beschichtungsmetalls 2 im Behälter 3 gewährleistet. Dadurch ergibt sich nur eine minimale Strömung im Beschichtungsmetall 2 und damit eine relativ ruhige Badoberfläche, die es ermöglicht, mit der Beschichtungsvorrichtung qualitativ hochwertiges beschichtetes Stahlband zu fertigen.

1: Metallstrang (Stahlband)
2: Beschichtungsmetall
3: Behälter
4: Führungskanal
5: Induktor
6: Mittel zur Messung des Pegelstandes
7: Regelungsmittel
8: Regelungssystem zur Regelung der Höhe des Pegelstandes
9: Vorlagebehälter
10: Pumpe
11: Ablauf
12: Regler
h: Pegelstand des geschmolzenen Beschichtungsmetalls
: im Behälter
h_min: minimaler Pegelstand
h_max: maximaler Pegelstand
R: Förderrichtung

Claims

Verfahren zur Schmelztauchbeschichtung eines Metallstranges (1), insbesondere eines Stahlbandes, bei dem der Metallstrang (1) vertikal durch einen das geschmolzene Beschichtungsmetall (2) aufnehmenden Behälter (3) und durch einen vorgeschalteten Führungskanal (4) hindurchgeführt wird, wobei zum Zurückhalten des Beschichtungsmetalls (2) im Behälter (3) im Bereich des Führungskanals (4) ein elektromagnetisches Feld mittels mindestens zwei beiderseits des Metallstranges (1) angeordneter Induktoren (5) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Festlegung der Höhe der durch die Induktoren (5) erzeugten magnetischen Feldstärke in Abhängigkeit des Pegelstandes (h) des geschmolzenen Beschichtungsmetalls (2) im Behälter (3) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetisches Feld ein mehrphasiges Wanderfeld ist, das durch Anlegen eines Wechselstroms mit einer Frequenz zwischen 2 Hz und 2 kHz erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Feld ein einphasiges Wechselfeld ist, das durch Anlegen eines Wechselstroms mit einer Frequenz zwischen 2 kHz und 10 kHz erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Festlegung der Frequenz des Stroms zur Anregung des magnetischen Feldes in den Induktoren (5) in Abhängigkeit des Pegelstandes (h) des geschmolzenen Beschichtungsmetalls (2) im Behälter (3) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Festlegung der Amplitude des Stroms zur Anregung des magnetischen Feldes in den Induktoren (5) in Abhängigkeit des Pegelstandes (h) des geschmolzenen Beschichtungsmetalls (2) im Behälter (3) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Festlegung des Funktionsverlaufs des Stroms zur Anregung des magnetischen Feldes in den Induktoren (5) in Abhängigkeit des Pegelstandes (h) des geschmolzenen Beschichtungsmetalls (2) im Behälter (3) erfolgt.
Vorrichtung zur Schmelztauchbeschichtung eines Metallstranges (1), insbesondere eines Stahlbandes, in der der Metallstrang (1) vertikal durch einen das geschmolzene Beschichtungsmetall (2) aufnehmenden Behälter (3) und durch einen vorgeschalteten Führungskanal (4) hindurchgeführt wird, mit mindestens zwei beiderseits des Metallstranges (1) im Bereich des Führungskanals (4) angeordneten Induktoren (5) zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes zum Zurückhalten des Beschichtungsmetalls (2) im Behälter (3), dadurch gekennzeichnet, Mittel (6) zur Messung des Pegelstandes (h) des geschmolzenen Beschichtungsmetalls (2) im Behälter (3) und Regelungsmittel (7) zur Regelung der Höhe der durch die Induktoren (5) erzeugten magnetischen Feldstärke in Abhängigkeit des von den Mitteln (6) gemessenen Pegelstandes (h).
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungsmittel (7) auf die Frequenz des Stroms zur Anregung des magnetischen Feldes in den Induktoren (5) und/oder auf die Amplitude des Stroms zur Anregung des magnetischen Feldes in den Induktoren (5) und/oder auf den Funktionsverlauf des Stroms zur Anregung des magnetischen Feldes in den Induktoren (5) einwirken können.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Regelungssystem (8) zur Regelung der Höhe des Pegelstandes (h) des geschmolzenen Beschichtungsmetalls (2) im Behälter (3) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Regelungssystem (8) einen Vorlagebehälter (9) für geschmolzenes Beschichtungsmetall (2), eine Pumpe (10) zum Fördern von geschmolzenem Beschichtungsmetall (2) vom Vorlagebehälter (9) in den Behälter (3), einen Ablauf (11) zum Ablassen von geschmolzenem Beschichtungsmetall (2) vom Behälter (3) in den Vorlagebehälter (9) und einen Regler (12) aufweist.