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Verfahren zum feuerflüssigen Metallisieren von Metallbändern Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren zum feuerflüssigen Metallisieren von Metallbändern,
bei welchem das Band durch ein Mußmittelbad, anschließend durch eine Metall oder
Metallegierungsschmelze geführt und schließlich beim. Austritt des Bandes das überschüssige
Metall mit Quetschwalzen über dem Metallbad in einer Schutzatmosphäre zurückgehalten
wird. Bei bekannten Verfahren wird das Stahlband zunächst durch ein Flußmittelbad
und anschließend durch eine Metallschmelze (z. B. Zinn) geführt. Beim Austritt des
Bandes aus diesem Metallbad sind Quetschwalzen in einer Schutzgasatmosphäre vorgesehen,
durch Welche überschüssiges Metall zurückgehalten wird. Bei diesem Verfahren sind
jedoch die in der Schutzgasatmosphäre laufenden Quetschwalzen unnötig und meist
durch einfache Umlenkwalzen ersetzt, da das Metallband von dem ersten Bad durch
die Schutzgäsatmosphäre in ein zweites Metallbad geführt wird, ohne unter den Schmelzpunkt
des ersten Metallbades abzukühlen. Eiire Glättung des Bandes in der zwischengeschalteten
Schutzgasatmosphäre durch Glättwalzen wäre also vollkommen überflüssig. Beim Austritt
des Metallbandes aus dem zweiten Metallbad wird schließlich das überschüssige Metall
durch Quetschwalzen zurückgehalten, wobei diese Quetschwalzen in einem unmittelbar
über der Metallschmelze angeordneten Öl- oder Fettbad laufen. Dieses Verfahren hat
erhebliche Mängel: Die Leistung ist sehr beschränkt, da ein Band nur mit einer Geschwindigkeit
von etwa 2,4 m/min durch das Zinnbad und die in Palmöl laufenden Quetschwalzen geführt
werden kann. Eine Steigerung dieser Geschwindigkeit ist nicht möglich, weil dann
die Zinnauflagestärke viel zu groß wird. Eine maßgebliche und zuverlässige Regulierung
der Zinnstärke ist nicht möglich. Die Zinnschicht ist verhältnismäßig stark und
schwankt in einem Bereich von etwa 25 bis 40 g/m2. Die Zinnstärke ist außerdem ungleich,
und es kann bei einen Band z. B. eine Schwankung von ± 3 g/m2 auftreten. Die Zinnschicht
ist außerdem ungleichmäßig, d. h. porig, so daß die mit der bekannten Feuerverzinnung
hergestellten Bänder oder Bleche eine ungenügende Korrosionsbeständigkeit haben.
Nachteilig ist ferner, daß mehrere in Palmöl laufende Quetschwalzenpaare erforderlich
sind. Für die Quetschwalzen kann nur Stahl verwendet werden, wobei sich auf dem
Walzenumfang ein Zinnfilm bildet, von dessen Stärke die Zinnschichtstärke des Bandes
abhängig ist. Bei dem bekannten Feuermetallisierungs= verfahren muß ferner das Mahlband
nach der Verzinnung in umständlicher Weise entfettet werden.
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Bei einem anderen Verfahren wird das Metallband ebenfalls zuerst durch
ein Flußmittel, dann durch die Metallschmelze und anschließend in einen Kanal mit
einet Schutzgasatmosphäre geleitet. Dieser Kanal endet in einem Behälter mit einem
Wasserbad. Das Wasserbad hat die Aufgabe, das Eindringen von Luft in den Schutzgäskanal
zu verhindern sowie das Metallband zur weiteren Verarbeitung abzukühlen. Auch dieses
Verfahren läßt nur geringe Bandgeschwindigkeiten zu.
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Ferner ist es bekannt, die Oberfläche der als Transportwalzen dienenden
Austrittswalzen, die zum Teil in dem Metallbad .bewegt werden, durch ein Plußmittel
zu reinigen. Dieses Vlußmittel kann jedoch nur oberhalb der Walzen auf diese aufgebracht
werden, da der untere Teil der Walzen in das Metallbad eintaucht. Die keinigungsmttel
des Flußmittels werden hierdurch stark in Frage gestellt, da die Oberfläche der
Walzen nach der Reinigung durch das Flußmittel wieder in das Metallbad eintaucht.
Hierbei können sich auf dem Metallbad schwimmende Verunreinigungen auf den Walzen
festsetzen und von diesen mitgenommen werdet<.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Band- -geschwindigkeit
und damit die Leistung wesentlich zu steigern und neben anderen Vorteilen dadurch
auch eine wesentliche Verminderung der Eisen-Zinil-Zwischenschicht und auch der
Gesamtzinnauflage zu erreichen. Zu diesem Zweck wird bei dem Verfahren nach der
Erfindung den Quetschwalzen vor der Eintrittsstelle des Bandes in den Walzenspalt
ein Flußmittel kontinuierlich in so geringer Menge zugeführt, daß die vom Band mitgeführten,
durch unvollständige Reduktion oder Oxydation entstandenen Metallverbindungen gerade
beseitigt werden. Als Flußmittel werden z. B. Ammoniumchlorid, Chlorwasserstoff
oder Fluxe zugeführt. Diese wirken
auch als Gleitmittel; da bekanntlich
durch Einwirkung von HCl auPMetalle bei erhöhten Temperaturen Metallchloride entstehen,
deren Wirksamkeit als Gleitmittel im Rahmen von Versuchen nachgewiesen werden konnte.
_ Im Gegensatz zu vorbekännten Verfahren und VorrichtungeX :-bewogen. sich die Austrittswalzen
außerhalb des Metall- oder auch eines sonstigen Bades. Sie diänen-hierbei in erster
Linie als Quetschwalzen. Die Reinigungswirkung des dem Walzenspalt zugeführten Flußmittels
kann voll zur Wirkung kommen; da die Walzen nach dem Aufbringen des Flußniittels
nicht mehr in die Metallschmelze eintauchen; wie es bei einer vorbekannten Vorrichtung
der Fall ist. Infolgedessen kann auch, wie oben erwähnt wurde, das Flußmittel gleichzeitig
als Schmiermittel dienen.
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Es werden ferner vorteilhaft Quetschwalzen verwendet, die eine an
sich bekannte metallabweisende Auflage bzw., Oberflächenschicht aufweisen. Eingehende
Versuche haben ergeben, daß eine sehr gute- und gleichmäßige Metallisierung mit
Quetschwalzen erzielt wird; die eine Auflage aus gummielastisch6m -Material, insbesondere
aus Silikonkautschuk,: aufweisen.
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-- -Das von der üblichen Methode abweichende Verfahren nach der- Erfindung
hat, insbesondere bei der Feuervexzinnung, wesentliche Vorteile: Es ergibt sich
eine erheblich geringere Zinnauflage bis herugter auf etwa 15 g/m2 doppelseitig.
Es wird ferner eine wesentliche Qualitätsverbesserung ihn. bezug auf gleichmäßige
Dicke des überzugs erzielt sowie auch ein gleichmäßigerer und dichterer, d. h. porenfreier
Überzug, der eine wesentliche Steigerung der Korrosionsbeständigkeit ergibt. Da
die Ober@ächeabeschafi:enheit der Quetschwalzen die Stärke der Zinnschicht bedingt,
so ist durch entsprechende Wahl der Walzenoberflächen eine einf=ache und zuverlässige
Regelung der Zinnstärke zwischen etwa 15 und 50 g/m2 möglich. Das neue Verfahren
gestattet ferner eine außerordentlich hohe Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes bis
zu etwa 100 m/min. Dank dieser hohen Durchlaufgeschwindigkeit kann .auch die Stärke
der Eisen-Zinn-Legierungsscbicht -erheblich vermindert werden, so daß damit . auch
die weitere Ausarbeitung der Mer- erheblich .erlei.chtert wird. Außerdem sind die
#nvesüerun,gskösten für eine Verzinnungsanlage nach der Erfindung sowie auch die
Betriebslosten außergewöhnlich niediig.
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Das neue Verfahren ist im folgenden an Hand eines in. der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeißpelsnäher erläutert. Es zeigt F i g. 1 einen Querschnitt
durch einen Feuerverzinuungsherd mit über . diesem angeordneten Quetschwalzen, F
i g: 2 eine besondere Anordnung der in Schutzgas laufenden Quetschwalzen in größerem
Maßstab. In der Zeichnung ist mit 1 ein beheizbarer Kessel für die Metallschmelze
bzw. das Zinnbad mit 2 bezeichnet.-Zweckmäßig ist ein senkrechter Ein- und Auslauf
des Stahl= oder Metallbandes 3 vorgesehen, das unter Spannung durch das Zinnbad
hindurchgezogen wird, wobei das Band über eine Umlenkrolle 4 geführt ist. Vor dem
.Einlauf des Bandes wird dieses vorteilhaft "mit bei, 5 angedeuteten Heizvorrichtungen
erhitzt, z. B. etwa auf die.-, Tempergiur-des Zinnbades 2. Das Band, das vorher
entfettet wurde (ein Beheizen des Bandes ist nicht erforderlich), wird vor dem Eintritt
in das Zinnbad durch ein Flußmittel6 hindurchgeführt, für das ein übliches Mittel,
beispielsweise Zinkchlorid und Ammoniumchlorid, verwendet werden kann. Diesem Flußmittelbad
wird. kontinuierlich von oben Wasser in geringer Menge zugeführt, so daß die oberen
Schichten dieses Bades 6 verhältnismäßig dünnflüssig sind und hierdurch das einlaufende
Band 3 gut benetzt wird.
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Die vom Band in das Zinnbad 2 mitgeschleppten Teile des Flußmittels
sowie auch die Reduktionsrückstände werden durch mehrere beidseitig des Bandes und
hintereinander angeordnete Abstreifvorrichtungen 7 zurückgehalten, die beispielsweise
aus Bürsten mit V 2 A- bzw. V 4 A-Stahldrähten bestehen können.
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Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist der Kessel t im Querschnitt
U-förmig ausgebildet, so daß die beiden U-Schenkel 1a und 1b dieses Kessels einen
Einlauf- bzw. Auslaufkanal bilden. Dieser U-förmige Kessel hat -gegenüber den verhältnismäßig
großen und langen bekannten Zinnherden - den Vorteil eines wesentlich geringeren
Zinneinsatzes.
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Wie aus der Zeichnung hervorgeht, sind unmittelbar über dem Zinnkessel
bzw. dem Austrittskanal 1b Quetschwalzen 8 vorgesehen, die in einem Schutzgasbehälter
9 angeordnet sind.
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Im Gegensatz zu den bekannten Zinnherden mit mehreren im Fettbad übereinander
angeordneten Quetschwalzenpaaren genügt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein
einziges Quetschwalzenpaar 8: Versuche haben ergeben, daß als Quetschwalzen gegebenenfalls
auch verzinnte Stahlwalzen verwendet werden können. Es bildet sich dann auf diesen
Stahlwalzen ein Zinnfilm, der wesentlich dünner ist als bisher, so daß die Zinnauflage
des Bandes etwa 20 bis 25 g/m2 beträgt.
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Vorteilhaft werden jedoch Quetschwalzen verwendet, deren Oberflächenschicht
bzw. Auflage in an sich bekannter Weise zinnabweisend ist. Bei Verwendung solcher
Walzen kann die Zinnauflage des Bandes in ihrer Stärke wesentlich vermindert werden.
Als zinnabweisende Walzen können verchromte Stahlwalzen oder auch Walzen aus Kohle,
Porzellan oder Quarzglas verwendet werden. Das beste Ergebnis wurde mit Quetschwalzen
erzielt, die eine gummielastische Auflage 10 aufweisen, für die vorteilhaft Silikonkautschuk
verwendet wird. Bei Verwendung dieses elastischen und zinnabweisenden Materials
für die Quetschwalzen kann der Walzenspalt gegenüber Walzen aus starrem Material
vermindert und eine über die ganze Wandbreite gleichbleibende Zinnstärke erzielt
werden. Im Gegensatz zu den hohen Walzendrücken bei den Stahlquetschwalzen der bekannten
Zinnherde ist der gegenseitige Anpreßdruck der Quetschwalzen 8 sehr gering und beträgt
beispielsweise nur etwa 20 kg bei einer Band-bzw. Walzbreite von 600 mm.
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Wesentlich für die einwandfreie Funktion der Quetschwalzen 8 ist die
Zuführung eines zugleich als Gleitmittel wirkenden Flußmittels. Bei der beispielsweisen
Ausführung nach F i g. 1 sind unterhalb der Walzen 8 Rohre 11 und 12 angeordnet,
die einander zugekehrte Lochreihen 13 aufweisen, aus denen das zugeführte Gas in
den sich kreuzenden, durch gestrichelte Linien angedeuteten Richtungen austritt.
Die Löcher 13 dieser Rohre haben einen Abstand
von etwa 10
mm und einen verhältnismäßig kleinen Durchmesser von beispielsweise nur 0;4 mm,
wobei auch der Gasdruck relativ niedrig ist (beispielsweise 5 bis 50 mm Wassersäule),
so daß also das Gas nur mit geringer Geschwindigkeit austritt und somit den Quetschwalzen
8 fortlaufend nur sehr geringe Mengen des Flußmittels zugeführt werden.
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Nach F i g. 1 wird beispielsweise mit den Rohren 11 angefeuchteter
Chlorwasserstoff und mit den Rohren 12 Ammoniak zugeführt, so daß Ammonium= chlorid
entsteht, das in sehr feinverteilter Form an die Walzen 8 gelangt. Durch die Zuführung
dieses Flußmittels, für das vorteilhaft Ammoniumchlorid oder Chlorwasserstoff verwendet
wird (eventuell auch Lötfett oder Lötwasser), wird die Walzenoberfläche und der
Walzenspalt von störenden Metallverbindungen frei gehalten, d. h., es werden die
vom Band 3 mitgeführten, durch Reduktion oder Oxydation entstehenden Metallverbindungen
beseitigt. Es werden- damit nicht nur die Quetschwalzen ständig rein gehalten, sondern
auch ein verzinntes Band erzielt, das eine außerordentlich gleichmäßige porenfreie
und hochglänzende Zinnschicht aufweist.
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Wie bereits erwähnt, erfolgt das Abquetschen des mitgeschleppten,
bei 14 angedeuteten überschüssigen Zinns in einer Schutzgasatmosphäre. Zu diesem
Zweck ist ein unterhalb der Quetschwalzen angeordneter; in das Metallbad eintauchender
und bis in die Nähe des Walzenspaltes reichender, das fortlaufende Band schützender
Kanal 15 vorgesehen. Nach F i g. 1 wird diesem Kanal ein inertes Schutzgas,
z. B. Stickstoff, durch eine Leitung 16 zugeführt. Bei der vorteilhaften Ausführung
nach F i g. 2 sind Gaszuleitungen 16 und 17 vorgesehen, von denen die Leitungen
16 unten und die Leitungen 17 oben in den Schutzkanal 15 einmünden. Durch
die Leitungen 16 wird beidseitig dem Band Schutzgas und durch die Leitungen 17 das
Flußmittel zugeführt. Gute Erfolge wurden mit der Zuführung von Chlorwasserstoff
durch die Leitungen 17 erzielt. Bei der Verwendung von Ammoniumchlorid gemäß F i
g. 1 tritt eine Kondensation an untertemperierten Stellen ein, was gegebenenfalls
zu Verstopfungen führen kann.
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Zur Erzielung einer einwandfreien Verzinnung ist die richtige Dosierung
des den Quetschwalzen 8 bzw. dem Walzenspalt zugeführten Flußmittels notwendig:
Wird den Quetschwalzen überhaupt kein Flußmittel zugeführt, so laufen die Walzen
trocken, und es erfolgt ein vollständiges -Abquetschen der gesamten Reinzinnschicht.
Wird zu wenig Flußmittel zugeführt, so entsteht eine Zinnschicht mit zu geringer
und unregelmäßiger Stärke, und das Band erhält ein flockiges Aussehen.
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Wird andererseits das Flußmittel zu reichlich zugeführt, so entsteht
eine starke Zinnschicht, und es wird außerdem eine unsaubere Bandoberfläche erzielt,
die durch die Ätzung des Bandes durch das mitgeschleppte Flußmittel hervorgerufen
wird.
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An Stelle von Chlorwasserstoff als Flußmittel kann gegebenenfalls
auch ein an die Quetschwalzen angepreßter Salmiakstein Verwendung finden oder aber
auch die Quetschwalzen mit Salzsäure benetzt werden.
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Das gemäß F i g. 2 bei 16 aus dem Schutzgasbehälter 9 austretende
verzinnte Band, das eine hochglänzende Oberfläche aufweist, wird zweckmäßig- mit
-dem bei der galvanischen Verzinnung üblichen Verfahren nachbehandelt, d. h. noch
eine Schutzschicht (Ölfilm. oder Chromatschicht) aufgebracht.
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Die Stärke der Zinnschicht kann mit dem neuen Verfahren fein und zuverlässig
geregelt werden. Durch Polieren der Oberfläche der Quetschwalzen 8 ist es möglich,
die Zinnauflage in ihrer Stärke bis auf etwa 15 9/m2 zu vermindern. Es kann ferner
auch auf beiden Seiten des Bandes eine verschieden starke Zinnschicht erzeugt werden,
indem die Oberflächenglätte der beiden zusammenarbeitenden Quetschwalzen 8 entsprechend
verschieden gewählt wird.
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Das neue Verfahren ist nicht auf das vorbeschriebene Ausführungsbeispiel
mit Zinn beschränkt, sondenn kann analog auch zum überziehen von Bändern mit Zink
oder Aluminium auf feuerflüssigem Wege angewandt werden.