DE1227754B - Verfahren und Vorrichtung zum schmelzfluessigen UEberziehen von Metallbaendern, insbesondere Eisenbaendern mit Metall, insbesondere mit Zinn - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES WWW PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

C23c

Deutsche Kl.: 48 b-1/00

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

Stl5398VIb/48b
29. Juli 1959
27. Oktober 1966

Bei dem bekannten Verfahren zur Metallisierung von Stahl- oder Metallbändern auf schmelzflüssigem Wege wird das Stahlband zunächst durch ein Flußmittel und anschließend durch ein Metallschmelzbad (z. B. Zinn) geführt und schließlich das überschüssige Metall mit Quetschwalzen zurückgehalten, die in einem unmittelbar über dem Metallkessel angeordneten Fettbad laufen. Dieses bekannte Verfahren hat, insbesondere auch bei der Feuerverzinnung erhebliche Mangel:

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 ist bei einem Band z. B. eine Schwankung von ± 3 g/m² vorhanden. Die Zinnschicht ist außerdem ungleichmäßig, d. h. porig, so daß die mit der bekannten Feuerverzinnung hergestellten Bänder oder Bleche eine unbefriedigende 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 Feuermetallisierungsverfahren muß ferner das Stahlband nach der Verzinnung in umständlicher Weise entfettet werden.

Die von dieser üblichen Feuermetallisierung abweichenden vorgeschlagenen Verfahren haben nicht zu dem gewünschten Ergebnis geführt. Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine wesentliche Steigerung der Durchlaufgeschwindigkeit des zu metallisierenden Bandes und damit eine wesentlich höhere Leistung zu erzielen.

Ferner soll trotz einer hohen Bandgeschwindigkeit die Stärke der Metallauflage vermindert bzw. diese Stärke wahlweise geregelt werden. Schließlich sollen trotz der großen Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes einwandfreie, gleichmäßige und porenfreie Metallüberzüge erzielt werden. Hierbei bereitet im Hinblick auf die große Bandgeschwindigkeit die restlose Entfernung der Oberflächenverunreinigungen, insbesondere der Metalloxyde erhebliche Schwierigkeiten. Nach dem älteren nicht vorveröffentlichten Pa-

Verfahren und Vorrichtung zum schmelzflüssigen Überziehen von Metallbändern, insbesondere
Eisenbändern mit Metall, insbesondere mit Zinn

Anmelder:

Stahl- und Walzwerke Rasselstein/Andernach
Aktiengesellschaft, Neuwied/Rhein

Als Erfinder benannt:
Andreas Busch, Weißenthurm

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tent 1187 453 des Erfinders wird das zweckmäßig vorerhitzte Band zunächst in der üblichen Weise schmelzflüssig überzogen, indem es durch ein Flußmittelbad in ein Metallschmelzbad geführt wird,

as worauf das aus diesem Schmelzbad austretende Band durch Quetschwalzen, vorzugsweise mit metallabweisender Oberfläche geführt wird, wobei diese Quetschwalzen ausschließlich in einer Schutzgasatmosphäre umlaufen und diesen vor dem Eintritt des Bandes in den Walzenspalt vorzugsweise ein gasförmiges Flußmittel zugeführt wird. Mit diesem Verfahren kann, weil die Quetschwalzen nicht in der Flüssigkeit laufen, eine große Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes erzielt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß nach einer gewissen Betriebszeit die Abquetschwalzen durch die vom Band mitgeführten Metalloxyde bzw. Reduktionsrückstände verunreinigt werden und dadurch die Bandoberfläche beschädigt wird. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß infolge der hohen Geschwindigkeiten, mit der das Band durch das Flußmittelbad läuft, durch dieses keine vollständige Desoxydation erzielt wird und auch Reduktionsrückstände durch die Schmelze mitgenommen werden.
Um diese Schwierigkeiten zu beseitigen, wird bei dem Verfahren nach der Erfindung auf das Band zunächst in an sich bekannter Weise (vgl. deutsches Patent 1123 536) eine Metallzwischenschicht (z.B. Zinn) aufgebracht, diese in einer inerten Schutzgasatmosphäre über die Schmelztemperatur erhitzt und in ein Metallschmelzbad (z. B. Zinn) eingeführt, wobei dem eine aufgeschmolzene Metallschicht aufweisenden Band vor dem Einführen in das Metall-

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schmelzbad ein vorzugsweise gasförmiges Flußmittel so zugeführt wird, daß die Verunreinigungen, insbesondere Metalloxyde an dem sich an der Einlaufstelle bildenden konkaven Benetzungsmeniskus abschwimmen, diese Verunreinigungen fortlaufend entfernt werden und schließlich das aus der Schmelze austretende Band in einer Schutzgasatmosphäre durch die in dieser Atmosphäre laufenden Quetschwalzen geführt wird. Dieses neue Verfahren hat den Vorzug, daß durch das Aufbringen einer Metallzwischenschicht das Band verhältnismäßig wenig Verunreinigungen, insbesondere Metalloxyde auf der Oberfläche aufweist, die mit dem neuen Verfahren beim Eintauchen in die Metallschmelze auch bei großer Bandgeschwindigkeit leicht entfernt werden können. Eine sehr hohe Bandgeschwindigkeit wird weiterhin dadurch ermöglicht, daß das Abquetschen des überschüssigen Zinns beim Austritt des Bandes mit Quetschwalzen vorgenommen wird, die nur in einer Schutzgasatmosphäre umlaufen. Die Sicherheit und Zuverlässigkeit des neuen Verfahrens kann gegebenenfalls noch dadurch erhöht werden, daß den Quetschwalzen noch ein nicht flüssiges, vorzugsweise gasförmiges Flußmittel zugeführt wird. Hierbei werden Quetschwalzen verwendet, die eine metallabweisende und vorzugsweise gummielastische Oberflächenschicht aufweisen. Diese Quetschwalzenoberfläche kann aus verchromtem Stahl, Kohle, Porzellan oder Quarzglas bestehen. Mit solchen Walzen können Bandgeschwindigkeiten von etwa 40 m/min, bei Verwendung von Silikonkautschuk für die Walzenoberfläche jedoch Bandgeschwindigkeiten bis zu Ϊ00 m/min erzielt werden. Dabei werden im Gegensatz zu den hohen Walzendrücken bei den bekannten in Palmöl umlaufenden Quetschwalzen die Walzendrücke erheblich vermindert, und zwar auf etwa nur 20 kg bei einer Walzenbreite von 600 m.

Bei der Feuerverbleiung von Stahlbändern ist es bekannt, das Band zunächst auf galvanischem Wege zu verzinnen, dann diese Zinnschicht in einem Durchlaufofen in einer reduzierenden Atmosphäre aufzuschmelzen und dann erst das Band in eine Bleischmelze zu führen. Bei dieser Feuerverbleiung ist die Vorverzinnung und das Aufschmelzen erforderlich, um eine aus einer Eisenzinnlegierung bestehende Zwischenschicht zu schaffen, die erst eine feste Haftung der Bleischicht gewährleistet. Bei diesem vorbekannten Verfahren sind zum Abquetschen des überschüssigen Bleies mehrere, in Palmöl laufende Quetschwalzenpaare vorgesehen, so daß hier nur eine sehr geringe Bandgeschwindigkeit erreicht wird. Die in dem Durchlaufofen vorhandene reduzierende Atmosphäre genügt außerdem nicht, um die Metalloxyde vom Band zu entfernen, so daß bei dem bekannten Verfahren auf der Einlaufseite der Bleischmelze in der Regel noch ein Flußmittelbad in der üblichen Weise vorgesehen werden muß. Selbst wenn infolge entsprechend hoher Vorverzinnung auf ' ein Flußmittelbad verzichtet werden kann, ist ein Dauerbetrieb nicht möglich. Die Masse der anfallenden Verunreinigungen ist bei hoher Bandgeschwindigkeit so groß, daß eine Entfernung technisch nicht durchführbar ist.

Die Einzelheiten der Erfindung sind im folgenden an Hand der Zeichnung, die Ausführungsbeispiele zeigt, näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 die gesamte Anlage zum Metallisieren von Metallbändern in schematischer Darstellung,

F i g. 2 die Quetschwalzenanordnung der F i g. 1,

F i g. 3 den Einlauf des Bandes in die Metallschmelze nach F i g. 1 in größerem Maßstab,

Fig. 4 derselbe Bandeinlauf in anderer Ausführung,

F i g. 5 eine weitere Ausführung zur Durchführung des neuen Verfahrens.

In F i g. 1 bezeichnet: 1 einen Bandwickel, von welchem ein Metall- bzw. Stahlband abgezogen wird, 2 eine Schweißvorrichtung, 3 eine Bremsvorrichtung, 4 eine Beizvorrichtung, 5 eine Burst- und Spüleinrichtung, 6 eine galvanische Einrichtung zum Aufbringen einer Metallzwischenschicht, 7 eine Burst- und Spülvorrichtung, 8 einen Durchlaufofen, in welchem mit Heizkörpern 9 das Band vorerhitzt und die bei 6 aufgebrachte Metallzwischenschicht aufgeschmolzen wird, 10 ein Metallschmelzbad, durch das dasBand hindurchgeführt wird, 11 Quetschwalzen zur Beseitigung des überschüssigen Metalls,

12 einen Kühlkanal zum Abkühlen des Bandes,

13 einen Behälter zur Nachbehandlung (Passivierung) des Bandes, 14 einen Trockenkanal, 15 eine Zugvorrichtung und 16 eine Aufwickelvorrichtung.

In der weiteren Beschreibung ist beispielsweise die Verzinnung eines Stahlbandes behandelt. In der galvanischen Einrichtung 6 wird das Band mit einer dünnen Metallauflage (Zinn) versehen, die nur etwa 0,5 bis 2 g/m² (doppelseitig) beträgt. Diese Zwischenschicht wird in dem Durchlaufofen in einer inerten oder reduzierenden Schutzatmosphäre aufgeschmolzen, so daß gemäß Fig. 3 das Stahlband 17 mit dieser aufgeschmolzenen Zinnzwischenschicht 18 in die Zinnschmelze 10 eingeführt wird. Zum Erhitzen des Bandes im Durchlaufofen 8 können induktive Heizkörper 9 oder auch andere Heizmittel Verwendung finden. Das inerte Schutzgas wird zweckmäßig am unteren Ende des Durchlaufofens bei 19 zugeführt. Die auf der Bandoberfiäche noch vorhandenen Verunreinigungen, insbesondere Metalloxyde, sind bei 20 angedeutet. Da sich nun beim Eintauchen de& Bandes in das Schmelzbad 10 bei 21 je ein konkaver Meniskus aus flüssigem Metall (Zinn) bildet, so kön-. nen die Verunreinigungen 20 auf diesem Meniskus in Pfeilrichtung auf die Oberfläche der Schmelze 10 abschwimmen. Um die vollständige Entfernung dieser Verunreinigungen, insbesondere Metalloxyde, von der Bandoberfläche zu gewährleisten, sind'bei 22 beidseitig des Bandes Zuleitungen für ein vorzugsweise gasförmiges Flußmittel (z. B. Chlorwasserstoff) vorgesehen, der aus feinen Öffnungen 23, also in unmittelbarer Nähe der Menisken 21 austritt. Dieses Flußmittel, das im Kanal 24 nach oben steigt, ist bei 25 angedeutet. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist der Austrittskanal 24 zu einer bei 26 in das. Metallschmelzbad 10 eintauchenden Haube 27 erweitert, wobei die Flußmittelzuführungen 22 an dieser Haube, vorzugsweise an der Übergangsstelle zwischen Kanal 24 und Haube 27 angeordnet sind. Vorteilhaft sind die Wände des Austrittskanals 24 gegenüber dem Band 17 sowie auch die Haube 27 gegenüber der Oberfläche der Metallschmelze in kleinstmöglichem Abstand α angeordnet, der etwa 3 bis 5 mm beträgt. Hierdurch wird eine innige Berührung des Flußmittels mit der Oberfläche von Band und Metallschmelze erzielt.

Die bei 21 am Meniskus abschwimmenden Verunreinigungen 20 werden fortlaufend von der Oberfläche der Schmelze 10 entfernt. Zu diesem Zweck

ist nach F i g. 3 beidseitig des Bandes innerhalb der Haube 27 je eine in die Schmelze eintauchende rotierende Stahlwalze 28, ein mit dieser Walze zusammenarbeitender Abstreifer 29 aus Asbest od. dgl. und ein ebenfalls in die Schmelze eintauchender Sammelkasten 30 vorgesehen. Durch die in Pfeilrichtung langsam umlaufenden Walzen 28 werden die Verunreinigungen fortlaufend von der Schmelzoberfläche entfernt und in die Sammelkasten 30 befördert.

Die Haube 27 mit Austrittskanal 24 ist gegenüber dem Ofen 8 höhenverschiebbar angeordnet, so daß die Haube zwecks Reinigung oder auch zur Kontrolle von Meniskus 21 gehoben werden kann.

Da bei dem neuen Verfahren auf der Metallschmelze 10 keine Flußmittelschicht, wie bisher üblich, vorhanden ist, so kann das einwandfreie Entfernen der Verunreinigungen am Meniskus 21 gut kontrolliert werden. Gegebenenfalls kann die Entfernung der Verunreinigungen von der Metallschmelze 10 auch noch in anderer Weise, z. B. nach F i g. 4 vorgenommen werden. Hier ist beidseitig des Bandes innerhalb der Haube 27a je ein in die Schmelze eintauchender, einen Überlauf 31 für die Verunreinigungen 20 aufweisender Sammelkasten 32 vorgesehen, in dem unter Zwischenschaltung eines Filters 33 aus Glaswolle od. dgl. eine mit einem Motor 34 angetriebene Pumpe 35 vorgesehen ist, die das in den Sammelkasten bei 31 übergelaufene Metall mit der Rücknußleitung 36 in die Schmelze 10 zurückfördert. Mit diesem Überlaufprinzip kann eine zuverlässige Entfernung der bei 21 vom Band abschwimmenden Verunreinigungen auch bei großen Bandgeschwindigkeiten erzielt werden.

Gegebenenfalls kann das erfindungsgemäße Verfahren auch mit einer Anordnung nach Fig. 5 durchgeführt werden. Hier ist ein zum Aufschmelzen der Metallzwischenschicht 18 dienender Durchlaufofen 8 α mit aufwärts laufendem Band 17 vorgesehen. Am Austrittskanal 37 dieses Ofens sind beidseitig die Flußmittelzuführungen 38 angeordnet, und unter diesen befinden sich Sammelbehälter 39 für die bei 21 vom Meniskus abschwimmenden Verunreinigungen 20. Dicht über dem Austrittskanal 37 sind Zuleitungen 40 für die Metallschmelze 41 vorgesehen, die bei 42 in Bandnähe münden. Die Schmelze fließt durch die Zuleitungen 40 aus einem Vorratsbehälter 43 zu. Über den Zuleitungen 41 ist ein die Quetschwalzen 44 aufnehmendes Gehäuse 45 angeordnet, dem durch die Leitungen 46 ein inertes Schutzgas zugeführt wird. Vorzugsweise wird dem Band vor dem Eintritt in den Walzenspalt noch ein Flußmittel, z. B. Chlorwasserstoff, in geringer Menge mittels Leitungen 47 zugeführt. Eine ähnliche Quetschwalzenanordnung ist auch bei der Anlage nach F i g. 1 vorgesehen, wie in F i g. 2 veranschaulicht. Auch hier laufen die Quetschwalzen 11 in einem Gehäuse 48 bzw. in einer inerten Gasatmosphäre. Das inerte Gas wird mit den Leitungen 49 einem senkrechten in die Schmelze 10 eintauchenden Kanal 50 zugeführt. In denselben Kanal münden, und zwar dicht unter dem Walzenspalt, die Leitungen 51, mit denen ein gasförmiges Flußmittel zugeführt werden kann.

Die auf der Einlauf seite des Bandes in die Schmelze bei 22 bzw. 38 zugeführten Flußmittelmengen sind verhältnismäßig gering. Hierbei ist auch der Gasdruck in den Zuleitungen 22 bzw. 38 verhältnismäßig gering und beträgt nur etwa 5 bis 20 mm Wassersäule.

Das vorbeschriebene neue Verfahren hat den Vorteil, daß bei sehr hohen Bandgeschwindigkeiten gleichmäßige und porenfreie Metallüberzüge erzielt werden können. Bei der Feuerverzinnung können mit dem neuen Verfahren auch geringere Zinnschichten bis zu 10 g/m² erzielt werden. Die Stärke der Metallschicht kann außerdem beliebig verändert

ίο werden, und zwar durch die Oberflächenbeschaffenheit der zinnabweisenden Quetschwalzen. Mit polierten Quetschwalzen können Metallüberzüge mit geringster Stärke erzielt werden.

Ein wesentlicher Vorteil der Vormetallisierung, die nicht nur auf galvanischem Wege, sondern gegebenenfalls auch durch Diffusion, Anreiben od. dgl. bewirkt werden kann, besteht darin, daß die Tauchzeiten in der Metallschmelze außerordentlich kurz gehalten werden können, so daß als zusätzlicher Vorteil eine Verminderung der Legierungsschicht eintritt. Im Hinblick auf die sehr kurzen Tauchzeiten können auch die Kessel, die die Metallschmelze enthalten, sehr klein gewählt werden.
Ein weiterer Vorteil der Vormetallisierung ist die Möglichkeit, in die Schmelze Metalle einzusetzen, die mit dem Grundmetall des Bandes nicht legierbar sind, indem bei der Vormetallisierung ein geeignetes Metall als Zwischenschicht gewählt wird. Bei der Feuerverbleiung kann also auf das Stahlband eine Zinnzwischenschicht aufgebracht werden, während beim feuerflüssigen Metallisieren eines Stahlbandes mit Aluminium eine Zinkzwischenschicht aufgebracht werden kann. Die Erfindung ist daher nicht auf die beispielsweise beschriebene Feuerverzinnung beschränkt.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum schmelzflüssigen Überziehen von Metallbändern, insbesondere Eisenbändern mit Metallen, insbesondere mit Zinn, bei welchem auf das Band zunächst eine Metallzwischenschicht aufgebracht, diese in einer inerten oder reduzierenden Atmosphäre über die Schmelztemperatur erhitzt, sodann das Band durch ein Metallschmelzbad und schließlich zur Entfernung des überschüssigen Überzugsmetalls durch Quetschwalzen geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem die aufgeschmolzene Metallzwischenschicht aufweisenden Band vor dem Einführen in das Metallschmelzbad ein vorzugsweise gasförmiges Flußmittel in solcher Menge zugeführt wird, daß die Verunreinigungen, insbesondere Metalloxyde, auf der Bandoberfläche an dem sich an der Eintauchstelle bildenden kokaven Benetzungsmeniskus abschwimmen, und fortlaufend entfernt werden, und das aus dem Schmelzbad austretende überzogene Band in einer Schutzgasatmosphäre durch die Quetschwalzen geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zum schmelzflüssigen Überziehen mit Zinn, dadurch gekennzeichnet, daß als Metallzwischenschicht eine sehr dünne Zinnschicht aufgebracht und als gasförmiges Flußmittel Chlorwasserstoff verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Band vor dem

Einlaufen in die Quetschwalzen ein gasförmiges Flußmittel zugeführt wird.

4. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem zum Aufschmelzen der Metallzwischenschicht dienenden Durchlaufofen, dessen Austrittskanal in das Metallschmelzbad eintaucht, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des Austrittskanals zu einer in das Metallschmelzbad (10) eintauchenden Haube (27, lid) erweitert ist und die Mußmittelzuführungen (22) an dieser Haube vorzugsweise an der Übergangsstelle zwischen Kanal (24) und Haube (27, 27 a) und die Zuführungsleitungen (19) für ein Schutzgas am unteren Ende des Durchlaufofens (8) angeordnet sind und ein das aus dem Metallschmelzbad (10) austretende Band (17) und die Quetschwalzen (11) umschließendes Gehäuse (50, 48) sowie Leitungen (49) für die Zuleitung von Schutzgas zu diesem Gehäuse vorgesehen sind.
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5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des Austrittskanals (24) gegenüber dem Band (17) sowie auch die Haube (27, 27 a) gegenüber der Oberfläche des Metallschmelzbades (10) in kleinstmöglichem Abstand angeordnet sind..

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beidseitig des Bandes (17) innerhalb der Haube (27,27 a) je eine in das Schmelzbad (10) eintauchende rotierende Walze (28), ein Abstreifer (29) für die Walze und ein ebenfalls in das Schmelzbad eintauchender Sammelkasten (30) für die von der Walze (28) geförderten Verunreinigungen angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Ansprach 4, dadurch gekennzeichnet, daß beidseitig des Bandes (17) innerhalb der Haube (27 a) je ein in das Schmelzbad (10) eintauchender, einen Überlauf (31) für die Verunreinigungen aufweisender Sammelkasten (32) und in diesem unter Zwischenschaltung eines Filters (33) eine Motorpumpe (35) vorgesehen ist, die das in den Sammelkasten übergelaufene Metall zum Schmelzbad zurückfördert.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Quetschwalzen (11) mit einer metallabweisenden und vorzugsweise gummielastischen Oberflächenschicht vorgesehen sind.

9. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zum Aufschmelzen der Metallzwischenschicht dienenden Durchlaufofen (8 α) mit aufwärts laufendem Band (17), am Austrittskanal (37) dieses Ofens vorgesehene Flußmittelzuführungen (38), unter diesen angeordnete Sammelbehälter (39) für die Verunreinigungen, dicht über dem Austrittskanal angeordnete in Bandnähe mündende Zuleitungen (40) für das Metallschmelzbad und ein über diesen Zuleitungen angeordnetes, mit Schutzgas gespeistes Gehäuse (45), in welchem die Abquetschwalzen (44) umlaufen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 325 668, 461523,
146, 877 401, 945 424;

deutsche Auslegeschrift Nr. 1046 976;
britische Patentschrift Nr. 814174;
USA.-Patentschrift Nr. 2224578.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1187453.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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