DE10254513A1 - Vorrichtung zur Schmelztauchbeschichtung eines Metallstranges - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine 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). Zur besseren Steuerung des Beschichtungsprozesses ist die Vorrichtung erfindungsgemäß gekennzeichnet durch ein oberhalb des Führungskanals (4) im Bodenbereich (6) des Behälters (3) angeordnetes Verschlussmittel (7, 7') zum wahlweisen Freigeben oder Unterbrechen des Flusses geschmolzenen Beschichtungsmetalls (2) zum Metallstrang (1) und/oder zum Führungskanal (4).
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Schmelztauchbeschichtung eines Metallstranges, insbesondere eines Stahlbandes, in der der Metallstrang vertikal durch einen das geschmolzene Beschichtungsmetall aufnehmenden Behälter und durch einen vorgeschalteten Führungskanal hindurchgeführt wird, mit mindestens zwei beiderseits des Metallstranges im Bereich des Führungskanals angeordneten Induktoren zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes zum Zurückhalten des Beschichtungsmetalls im Behälter.
- 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 Tauchbeschichtungs bad 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 derJP 5086446 - Die Sicherstellung der Dichtigkeit des nach unten offenen Führungskanals des Beschichtungsgefäßes ist dabei eine wichtige und schwierige Aufgabe, vor allem, wenn man an den Notfall denkt, bei dem infolge Stromausfalls der elektromagnetische Verschluss versagen kann. Hierfür sind im Stand der Technik verschiedene Möglichkeiten offenbart.
- Die
EP 0 630 421 B1 sieht hierfür unterhalb des Führungskanals eine Einschnürung vor, von der aus eine Rohrleitung zu einem Vorratsbehälter für schmelzflüssiges Beschichtungsmetall führt. Nähere Angaben zur Ausgestaltung dieser als Rücklaufsperre bezeichneten Einrichtung gehen aus diesem Dokument nicht hervor. - Die
JP 2000273602 A - Die
EP 0 855 450 B1 beschäftigt sich näher mit der Frage, wie die Dichtigkeit des unteren Bereichs des Führungskanals sichergestellt werden kann. Um diese zu gewährleisten, werden hier verschiedene Alternativlösungen offenbart. Nach einer Ausgestaltung können zwei Schieber, die beiderseits des Metallstranges angeordnet sind, senkrecht zur Oberfläche des Metallstranges an diesen herangefahren werden. Die Schieber fungieren als Verschlussstopfen und werden bei Bedarf in Kontakt mit dem Metallstrang gehalten, um einen Flüssigkeitsaustritt durch den Führungskanal nach unten zu verhindern. Allerdings ist eine relativ aufwendige Steuerung der Schieber erforderlich, um deren Funktion sicherzustellen. Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass ein Förderband eingesetzt wird, das austretendes Beschichtungsmetall vom Bereich unterhalb des Führungskanals in einen Auffangbehälter fördert. Diese Lösung ist jedoch sehr aufwendig und birgt die Gefahr, dass sich das Band im Laufe der Zeit mit Beschichtungsmetall zusetzt und somit seine Funktion nicht mehr ausführen kann. Eine dritte Alternativlösung zur Verhinderung des Austritts schmelzflüssigen Beschichtungsmetalls sieht ein Gasdüsensystem vor. Dabei wird ein Gasstrom von unten auf den Führungskanal gerichtet, der austretendes Beschichtungsmetall nach oben reißen und so dessen Öffnung nach unten abdichten soll. Auch diese Lösung ist sehr aufwendig und nur bedingt praxistauglich. - Aus der
FR 2 798 396 A - Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Schmelztauchbeschichten eines Metallstranges zu schaffen, mit der es möglich ist, den Beschichtungsprozess optimal zu führen und auch in einfacher Weise einen zuverlässigen Betrieb der Anlage in kritischen Betriebszuständen sicherzustellen, wenn beispielsweise die Stromversorgung der Induktoren unterbrochen ist.
- Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist gekennzeichnet durch ein oberhalb des Führungskanals im Bodenbereich des Behälters angeordnetes Verschlussmittel zum wahlweisen Freigeben oder Unterbrechen des Flusses geschmolzenen Beschichtungsmetalls zum Metallstrang und/oder zum Führungskanal.
- Erfindungsgemäß kann also wahlweise der Fluss des Beschichtungsmetalls insbesondere zum Führungskanal freigegeben oder unterbrochen werden, so dass namentlich im Falle einer Betriebsstörung keine Gefahr besteht, dass geschmolzenes Metall aus der Beschichtungsvorrichtung über den Führungskanal ausläuft.
- Mit dieser Ausgestaltung ist es möglich, eine Schädigung der Beschichtungsvorrichtung bzw. einen wirtschaftlichen Verlust im genannten Falle zu vermeiden.
- Eine erste Weiterbildung stellt darauf ab, dass das Verschlussmittel als Wehr ausgebildet ist, das relativ zum Bodenbereich des Behälters bewegbar ist.
- Gemäß einer Ausführungsform weist das Wehr zwei zusammenwirkende Teile auf, die jeweils senkrecht zur Oberfläche des Metallstranges bewegbar sind. Alternativ oder additiv hierzu kann vorgesehen werden, dass das Wehr in Förderrichtung des Metallstranges bewegbar ist.
- Im letztgenannten Falle kann vorgesehen werden, dass das Wehr einteilig ausgebildet ist und die Form eines Kastens aufweist. Hierdurch kann sowohl die Herstellung des Wehres kostengünstig erfolgen als auch die Betriebstauglichkeit der Vorrichtung in besonders einfacher Weise sichergestellt werden.
- Mit Vorteil weist das Wehr in seinem oberen, dem Bodenbereich des Behälters abgewandten Endbereich Abdeckmittel auf. Mit diesen kann erreicht werden, dass sich das Beschichtungsbad, in das durch die elektromagnetische Anregung durch die Induktoren Turbulenzen eingebracht werden, beruhigt. Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Abdeckmittel als Wandabschnitte ausgebildet sind, die sich parallel zum Bodenbereich des Behälters erstrecken. Eine andere Ausbildung sieht vor, dass die Abdeckmittel als Platte ausgebildet sind, die eine spaltförmige Ausnehmung für den Durchtritt des Metallstranges aufweist.
- Die Verschlussmittel, insbesondere das Wehr, stehen bevorzugt mit manuellen, pneumatischen oder hydraulischen Betätigungsmitteln in Verbindung; die Betätigungsmittel können dabei mit einer Anlagensteuerung in Verbindung stehen, die ein Freigeben oder Unterbrechen des Flusses geschmolzenen Beschichtungsmetalls zum Metallstrang und/oder zum Führungskanal veranlasst.
- In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
- Es zeigen:
-
1 schematisch den Schnitt durch eine Schmelztauch-Beschichtungsvorrichtung mit einem durch diese hindurch geführten Metallstrang, -
2 die perspektivische Ansicht eines zweiteilig ausgebildeten Wehres, -
3 die perspektivische Ansicht eines einteilig ausgebildeten Wehres, -
4 schematisch den Schnitt durch die Schmelztauch-Beschichtungsvorrichtung mit zweiteilig ausgebildetem Wehr, wobei dieses mit Abdeckmitteln ausgestattet ist, und -
5 die perspektivische Ansicht eines einteilig ausgebildeten Wehres mit Abdeckmitteln. -
1 zeigt schematisch eine Schmelztauch-Beschichtungsvorrichtung mit einem durch diese hindurch geführten Metallstrang1 . - Die Vorrichtung weist einen Behälter
3 auf, der mit schmelzflüssigem Beschichtungsmetall2 gefüllt ist. Bei diesem kann es sich beispielsweise um Zink oder Aluminium handeln. Der zu beschichtende Metallstrang1 in Form eines Stahlbandes passiert den Behälter3 in Förderrichtung R vertikal nach oben. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass es grundsätzlich auch möglich ist, dass der Metallstrang1 den Behälter3 von oben nach unten passiert. Zum Durchtritt des Metallstranges1 durch den Behälter3 ist dieser im Bodenbereich geöffnet; hier befindet sich ein Führungskanal4 . - Damit das schmelzflüssige Beschichtungsmetall
2 nicht durch den Führungskanal4 nach unten abfließen kann, befinden sich beiderseits des Metallstranges1 zwei elektromagnetische Induktoren5 , die ein magnetisches Feld erzeugen, das der Schwerkraft des Beschichtungsmetalls2 entgegenwirkt und damit den Führungskanal4 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. - Im Bodenbereich
6 des Behälters3 ist ein im Ausführungsbeispiel gemäß1 zweiteilig ausgebildetes Verschlussmittel7 bzw.7' in Form eines Wehres angeordnet. Die beiden Teile7 ,7' des Wehres sind dabei parallel zum Boden des Behälters3 in Richtung des Doppelpfeiles beweglich. Zur Ausführung einer Bewegung sind Betätigungsmittel11 vorgesehen, die hier nur schematisch als Kolben-Zylinder-Einheiten illustriert sind; genauso kann jede andere Art von Betätigungsmittel zum Einsatz kommen. - Das Wehr
7 bzw.7' ist vorliegend als in zwei Teile geteilter Kasten ausgebildet, wobei die beiden Hälfen7 bzw.7' so zusammenwirken können, dass sie den Bereich des Führungskanals4 im Bodenbereich6 des Behälters3 abschotten. Diese Situation ist in1 skizziert. Das Beschichtungsmetall2 kann folglich nicht zum Führungskanal4 bzw. zum Metallstrang1 vordringen. Diese geschlossene Stellung des Wehres7 bzw.7' ist insbesondere für zwei Betriebsfälle von Bedeutung:
Zum einen wird diese Position eingenommen, bevor die Beschichtungsanlage hochgefahren wird. Der Metallstrang1 bewegt sich dann – ohne, dass Beschichtungsmetall2 an ihn heran dringen kann – in Förderrichtung R nach oben, und die Induktoren5 werden aktiviert. Erst dann werden die beiden Wehrteile7 bzw.7' in Richtung des Doppelpfeils vom Metallstrang1 weg bewegt, so dass durch den sich dadurch öffnenden Kasten Beschichtungsmetall2 zum Metallstrang1 und in den Bereich des Führungskanals4 vordringen kann. Da die Induktoren5 aktiviert sind, erfolgt kein Austritt von Beschichtungsmetall2 nach unten durch den Führungskanal4 . Das Wehr7 ,7' umschließt also zunächst den nach unten geöffneten Führungskanal4 und somit den durch diesen hindurch laufenden Metallstrang1 bis in eine optimierte Höhe über dem Bodenbereich6 des Behälters3 , so dass kein Beschichtungsmetall2 in Richtung Führungskanal4 fließen kann. Mit Beginn des Beschichtungsprozesses wird dann das Wehr7 ,7' geöffnet, so dass das Beschichtungsmetall2 zum Metallstrang1 und somit in den Führungskanal4 , der jetzt jedoch durch die Induktoren5 elektromagnetisch abgedichtet ist, zeit- und mengenoptimiert einfließen kann. - Zum anderen hat das Wehr
7 ,7' dann Bedeutung, wenn es zu einem Stromausfall kommt und die Induktoren5 (z. B. bis zum Anspringen eines Notstromaggregats) ihre Aufgabe nicht mehr wahrnehmen können, nämlich den Führungskanal4 nach unten hin durch das aufgebaute elektromagnetische Feld abzudichten. In diesem Falle werden die beiden Wehrteile7 ,7' in Richtung des Doppelpfeils auf den Metallstrang1 zu bewegt, bis sie sich berühren und die kastenförmige Abdeckung um den Metallstrang 1 herum bilden. Folglich kann kein weiteres Beschichtungsmetall2 mehr zum Metallstrang1 und zum Führungskanal4 mehr gelangen, wodurch eine mechanische Abdichtung des Beschichtungskanals4 sichergestellt ist. Hierdurch kann kein Beschichtungsmetall nach unten aus dem Führungskanal4 austreten. - In
2 ist das Wehr7 ,7' nochmals in perspektivischer Darstellung skizziert, und zwar im geschlossenen Zustand. Durch die Doppelpfeile ist angedeutet, in welche Richtung in Bezug auf die Förderrichtung R des Metallstranges1 die beiden Wehrteile7 ,7' bewegt werden können, wozu die Betätigungsmittel11 , s.1 , dienen. Zu erkennen ist, dass im Bodenbereich des Wehres7 ,7' eine Durchtrittsöffnung für den Metallstrang1 vorhanden ist; in der dargestellten geschlossenen Position des Wehres7 ,7' ist dennoch sichergestellt, dass kein Beschichtungsmetall2 zum Metallstrang1 und zum Führungskanal4 zutreten kann. - Da das Wehr
7 ,7' dem Beschichtungsmetall ausgesetzt ist, ist es für einen stabilen und zuverlässigen Betrieb des Wehres7 ,7' vorteilhaft, wenn es aus möglichst wenigen Einzelteilen besteht. Während die Lösung gemäß1 bzw.2 ein zweiteiliges Wehr7 ,7' vorsieht, ist3 zu entnehmen, dass das Wehr7 auch einteilig ausgebildet sein kann. Das kastenförmig ausgebildete Wehr7 setzt dann im Zustand, in dem es geschlossen ist, auf dem Boden6 des Behälters3 auf und dichtet damit den Führungskanal4 ab. Zum Öffnen des Wehres7 wird es senkrecht nach oben, also in Förderrichtung R, bewegt, wozu wiederum die Betätigungsmittel11 eingesetzt werden. - Für die Durchführung eines Beschichtungsprozesses zur Herstellung eines qualitativ hochwertigen beschichteten Metallstrang ist es vorteilhaft, wenn dafür Sorge getragen wird, dass die Oberfläche des Beschichtungsbades möglichst ruhig bleibt. Dies ist deshalb nicht von Hause aus gewährleistet, weil die elektromagne tischen Induktoren
5 durch die erzeugten Magnetfelder eine Strömung im Beschichtungsmetall2 induzieren. - Um die Oberfläche des Beschichtungsbades zu beruhigen, ist gemäß dem Ausführungsbeispiel nach
4 vorgesehen, dass im Endbereich8 des Wehres7 ,7' Abdeckmittel9 vorgesehen sind, mit denen dafür Sorge getragen wird, dass sich die von den Induktoren5 erzeugten Strömungen nicht weiter in Richtung Badoberfläche ausbreiten können. - Die durch die elektromagnetische Abdichtung im Führungskanal
4 bzw. im Behälter3 hervorgerufene Verwirbelung des flüssigen Beschichtungsmetalls2 kann also durch die Ausgestaltung des Wehres7 ,7' und insbesondere durch die Abdeckung9 ferngehalten werden. - Im Falle dessen, dass das Wehr
7 einteilig ausgebildet ist, ergibt sich folgende in5 dargestellte Möglichkeit: Hier ist das Wehr7 mit einer Ausnehmung10 im oberen Bereich versehen, die einen Durchtritt des Metallstranges1 ermöglicht. Die durch die Induktoren5 erzeugten Strömungen im Beschichtungsmetall2 werden hier durch die Abdeckmittel9 , die hier fast eine vollständige Abkapselung des Innenbereichs des Wehres7 zum restlichen Beschichtungsbad darstellten, abgehalten. Mit dieser Ausgestaltung ist es möglich, die Badoberfläche optimal zu beruhigen und so eine hochwertige Beschichtung sicherzustellen. - Im Falle einer Betriebsstörung und namentlich bei Ausfall der elektromagnetischen Induktoren
5 wird das Wehr7 durch die Betätigungsmittel11 geschlossen, so dass keine Gefahr besteht, dass das Beschichtungsmetall2 aus dem Behälter3 ausläuft. -
- 1
- Metallstrang (Stahlband)
- 2
- Beschichtungsmetall
- 3
- Behälter
- 4
- Führungskanal
- 5
- Induktor
- 6
- Bodenbereich des Behälters
- 7
- Verschlussmittel
- 7'
- Verschlussmittel
- 8
- Endbereich der Verschlussmittel
- 9
- Abdeckmittel
- 10
- Ausnehmung
- 11
- Betätigungsmittel
- R
- Förderrichtung
Claims (10)
- 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 ), gekennzeichnet durch, ein oberhalb des Führungskanals (4 ) im Bodenbereich (6 ) des Behälters (3 ) angeordnetes Verschlussmittel (7 ,7' ) zum wahlweisen Freigeben oder Unterbrechen des Flusses geschmolzenen Beschichtungsmetalls (2 ) zum Metallstrang (1 ) und/oder zum Führungskanal (4 ). - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussmittel (
7 ,7' ) als Wehr ausgebildet ist, das relativ zum Bodenbereich (6 ) des Behälters (3 ) bewegbar ist. - Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wehr zwei zusammenwirkende Teile (
7 ,7' ) aufweist, die jeweils senkrecht zur Oberfläche des Metallstranges (1 ) bewegbar sind. - Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wehr in Förderrichtung (R) des Metallstranges (
1 ) bewegbar ist. - Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wehr einteilig ausgebildet ist und die Form eines Kastens aufweist.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wehr (
7 ,7' ) in seinem oberen, dem Bodenbereich (6 ) des Behälters (3 ) abgewandten Endbereich (8 ) Abdeckmittel (9 ) aufweist. - Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckmittel (
9 ) als Wandabschnitte ausgebildet sind, die sich parallel zum Bodenbereich (6 ) des Behälters (3 ) erstrecken. - Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckmittel (
9 ) als Platte ausgebildet sind, die eine spaltförmige Ausnehmung (10 ) für den Durchtritt des Metallstranges (1 ) aufweist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlussmittel (
7 ,7' ), insbesondere das Wehr, mit manuellen, pneumatischen oder hydraulischen Betätigungsmitteln (11 ) in Verbindung stehen. - Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsmittel (
11 ) mit einer Anlagensteuerung in Verbindung stehen, die ein Freigeben oder Unterbrechen des Flusses geschmolzenen Beschichtungsmetalls (2 ) zum Metallstrang (1 ) und/oder zum Führungskanal (4 ) veranlasst.
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