DE1262727B - Verfahren zum UEberziehen eines Eisenmetallgegenstandes, insbesondere eines Eisenbandes, mit Aluminium oder einer Aluminiumlegierung durch Eintauchen in das geschmolzene UEberzugsmetall - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

C23c

Deutsche KL: 48 b-1/08

Nummer: 1262 727

Aktenzeichen: A 40908 VI b/48 b

Anmeldetag: 9. August 1962

Auslegetag: 7. März 1968

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufbringen eines Aluminiumüberzugs oder eines Überzugs aus einer Aluminiumlegierung nach dem Schmelztauchverfahren auf Eisenband, wobei das Eisenband und die Oberfläche des Überzugsbads mit Natriumdampf behandelt werden.

Bei einem der derzeit allgemein durchgeführten Überzugsverfahren wird das Metallband zuerst durch einen Oxydationsofen geführt, in welchem Öle und andere kohlenstoffhaltige Stoffe von seiner Oberfläche weggebrannt werden und sich auf dem Band ein mikroskopisch dünner Oxydfilm ausbildet. Das Band gelangt dann durch einen Reduktionsofen, in welchem der dünne Oxydfilm reduziert wird, so daß die Oberflächen des Bandes absolut sauber zurückbleiben; in diesem Zustand sind sie besonders aufnahmefähig für das geschmolzene Überzugsmetall. Das Band wird dann unter dem Schutz einer neutralen oder reduzierenden Atmosphäre und ohne eine Flußmittelbehandlung durch eine Haube in das Überzugsbad geführt. Die Schutzhaube taucht in das Überzugsbad ein, so daß das Band zu keinem Zeitpunkt mit der Außenatmosphäre in Berührung kommt.

Wenn als Uberzugsmetall Aluminium oder eine Aluminiumlegierung verwendet wird, ergeben sich Schwierigkeiten, da sich auf der Oberfläche des Aluminiumbades Niederschläge bilden, die von dem Band aufgenommen werden und die Haftfestigkeit des geschmolzenen Überzugsmetalls dann ungünstig beeinflussen. Dieses Problem wurde bereits erkannt, und ein Gegenmittel wurde in der USA.-Patentschrift 2437 919 vorgeschlagen. Nach der Lehre dieser Patentschrift wird eine Glocke am Ende, jedoch innerhalb der Schutzhaube vorgesehen, die in das Uberzugsbad eintaucht und eine das Band umgebende ringförmige Rinne besitzt, in welche metallisches Natrium eingefüllt wird. Da diese Rinne der Wärme des Überzugsbads ausgesetzt ist, schmilzt das darin enthaltene metallische Natrium und verdampft.

In der genannten Patentschrift wurde ausgeführt, daß sich ,durch die Wechselwirkung des Bades mit dem Stickstoff des als Schutzatmosphäre in der Haube verwendeten, dissoziierten Ammoniaks Nitride bilden würden; ferner könnten sich durch Einwirkung verschiedener anwesender Stoffe mit Wasserdampf Oxyde und Hydride bilden. In der genannten Patentschrift wird die Ansicht vertreten, daß diese Nitride, Oxyde und Hydride auf dem Bad eine Schlackeschicht bilden, die nach unten in das Bad gezogen und auf dem Band niedergeschlagen wird, was Oberflächendefekte zur Folge hat.

Verfahren zum Überziehen
eines Eisenmetallgegenstandes, insbesondere
eines Eisenbandes, mit Aluminium oder einer
Aluminiumlegierung durch Eintauchen
in das geschmolzene Überzugsmetall

Anmelder:

Armco Steel Corporation,

Middletown, Ohio (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. E. Prinz, Dr. G. Hauser
und Dipl.-Ing. G. Leiser, Patentanwälte,
8000 München 60, Ernsbergerstr. 19

Als Erfinder benannt:
Kenneth Gordon Coburn,
Middletown, Ohio (V. St. A.)

In der Patentschrift wird dann vorgeschlagen, daß man auf der Oberfläche des Bades eine pulvrige Schicht erzeugen kann, die nicht an dem Band haftet und weitgehend eine Wechselwirkung zwischen dem Bad und den atmosphärischen Bestandteilen verhindert, und auf jeden Fall das Band gegenüber solchen Nitriden, Oxyden u. dgl., die sich bilden könnten, nichthaftend macht. So wird in der genannten Patentschrift vorgeschlagen, daß man auf der Oberfläche eines Aluminiumbads eine hauptsächlich aus gepulvertem Natriumaluminat bestehende Oberfläche bilden könnte, indem man dicht an der Oberfläche des geschmolzenen Aluminiums in die Haube Natriumdämpfe einführt.
Es bestehen jedoch gewisse Nachteile bei der Erzeugung des Natriumdampfs in der Haube durch die von dem Bad ausgestrahlte Hitze, da die Schmelz- und Verdampfungstemperatur des Natriums etwa die gleiche ist wie die Temperatur des Überzugsbads, die relativ konstant gehalten wird. Daher wird Natriumdampf nur mit einer konstanten Geschwindigkeit erzeugt. Versucht man, metallisches Natrium schneller zuzugeben, so kann leicht flüssiges Natrium direkt auf das Band spritzen, was ebenfalls Überzugsdefekte zur Folge hat. Bedenkt man ferner, daß die Schutzhaube Wasserstoff oder dissoziiertes Ammoniak enthält, so ergibt sich, daß Natrium rasch mit Wasserstoff unter Bildung von Natriumhydrid reagiert,

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weshalb das Natrium in der Rinne rasch in ein Leitung mit dem aufgenommenen Natriumdampf aus inaktives Produkt umgewandelt wird, was einen be- dem Verdampfer in die Schutzhaube strömt,

trächtlichen Natriumverlust bedeutet. In der Zeichnung ist der Überzugsbehälter mit 10

In der genannten USA.-Patentschrift wird deshalb bezeichnet, und er enthält das geschmolzene Uberin Betracht gezogen, die Natriumdämpfe irgendwo 5 zugsmetall 11. In dem Behälter befindet sich die außerhalb zu erzeugen und in die Haube einzu- übliche Umkehrwalze 12, um welche das Band 13 führen; es wird jedoch gesagt, daß dies schwierig, herumläuft. Die Haube 14 verläuft vom Austrittswenn nicht unmöglich sei. ende des Reduktionsofens nach unten in das Bad 11,

Bei einem anderen bekannten Vorschlag wird nun und nicht gezeigte Mittel sind vorgesehen, um der Natriumdampf außerhalb der Schutzhaube erzeugt; io Haube eine Schutzatmosphäre, in der Regel disdieser wird jedoch zusammen mit einem reduzieren- soziiertes Ammoniak, zuzuführen. Natürlich wurde

den Gas als Trägergas in die Schutzhaube eingeführt. das durch die Haube 14 laufende Band so vor-

Dies besitzt den schwerwiegenden Nachteil, daß behandelt, daß es absolut sauber ist; es tritt dann in

innerhalb kurzer Zeit die Leitungen verstopf t werden, das Uberzugsbad ein, läuft um die Umkehrwalzeil

und zwar mit Reaktionsprodukten aus dem Natrium- 15 und tritt aus dem Bad aus, worauf man es abkühlen

dampf und dem in dem Trägergas enthaltenden läßt.

Wasserstoff. In Fig. 1 ist der Verdampfer allgemein mit 15

Eine Vermeidung dieses Nachteils erschien bisher bezeichnet. Durch eine Leitung 16 wird ihm ein

unmöglich, da das Eisenmetall vor Aufbringung des Trägergas aus einer geeigneten, nicht gezeigten Quelle

Überzugs äußerst leicht oxydierbar ist und auch be- 20 zugeführt, welches mit dem aufgenommenen Natrium-

kanntlich dampfförmiges Natrium sehr rasch oxy- dampf durch eine Leitung 17 von dem Verdampfer

diert. Der Fachmann hielt daher bislang die Verwen- 15 in die Haube 14 strömt. Dem Verdampfer wird

dung einer reduzierenden Atmosphäre zur Ver- durch die Leitung 18, die ein Paar nur in einer Rich-

hinderung einer Oxydation des zu überziehenden rung zu betätigende Ventile 19 a, 19 b mit weiten

Eisenmetalls und des dampfförmigen Natriums für 25 Öffnungen aufweist, metallisches Natrium zugeführt,

unumgänglich. Da alle reduzierenden Atmosphären Durch diese Ventile kann Natrium in den Ver-

aber Wasserstoff enthalten, nahm man an, daß als dämpfer eingeführt werden, ohne daß Luft einge-

einziges geeignetes Trägergas für den Natriumdampf saugt wird,

ein Wasserstoff enthaltendes in Frage käme. In Fig. 2 besteht der Verdampfer aus einem mit

Die vorliegende Erfindung hat nun dieses Vor- 30 der Rohrleitung 18 und den Leitungen 16 und 17 in urteil erfolgreich überwunden und besteht darin, daß Verbindung stehenden Behälter 20. Schematisch mit Natriumdampf mittels eines gegenüber Natrium 21 bezeichnete, elektrische Heizmittel sind zur Erinerten Trägergases dicht an der Oberfläche des ge- hitzung des Behälters 20 vorgesehen, so daß das; schmolzenen Überzugsmetalls in die Haube einge- durch die Leitung 18 zugeführte metallische Natrium führt und sowohl die Oberfläche des geschmolzenen 35 unter Bildung einer geschmolzenen Natriummasse 22 Überzugsmetalls als auch die Oberflächen des zu schmilzt. Unter dem Einfluß der durch die eleküberziehenden Metallgegenstands der Einwirkung irischen Heizmittel 21 geschaffenen Hitze verdampft des von dem Trägergas mitgeführten Natriumdampfs das flüssige Natrium, und der Rest des Behälters 20 ausgesetzt werden. Vorzugsweise wird als inertes füllt sich mit Natriumdampf 23. Eine Prallplatte 24 Trägergas der billig und leicht zugängliche Stickstoff 40 dient dazu, das durch die Leitung 16 eintretende und als Schutzgas in der Haube dissoziiertes Ammo- Trägergas rund um diese Platte nach unten zu leiten, niak verwendet. wobei es verdampftes Natrium aufnimmt und mit

Gemäß der Erfindung wird auch die Gefahr ver- sich führt. Das den Natriumdampf enthaltende mieden, daß Natrium verspritzt wird, da festes und Trägergas gelangt dann durch die Leitung 17, die flüssiges Natrium aus der unmittelbaren Nachbar- 45 mittels Heizelementen 17 c erhitzt sein kann und/ schaft des überziehenden Bandes entfernt sind. oder durch Mittel 17 d isoliert ist, welche eine Kon-Nachstehend wird eine beispielsweise Ausfüh- densation des Dampfes vor Erreichen der Schutzrungsform der Erfindung beschrieben. In der Zeich- haube verhindern,
nung zeigt Der Behälter 20 befindet sich in einem Isolier-

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Ver- 50 behälter 25, so daß Wärmeverluste auf ein Minimum

dampfers und eines Überzugsbads, welche das Ver- herabgesetzt werden und die Erhitzung wirtschaft-

hältnis der beiden zueinander erkennen läßt, lieh ist.

F i g. 2 eine Querschnittsansicht durch eine bei- Wie aus F i g. 3 ersichtlich, besitzt die Leitung 17

spielsweise Ausführungsform eines Verdampfers und zwei Abzweigungen 17 α und YIb, die vorzugsweise

Fig. 3 eine Teilquerschnittsansicht entlang der 55 an entgegengesetzten Seiten der Schutzhaube einLinie 3-3 von Fig. 1. treten und sich dicht über der Badoberfläche be-

Zur Durchführung der Erfindung bedient man sich finden, wobei sie in bezug auf das Band einen kleinen eines Überzugsbehälters, der üblicher Bauart sein Einfallswinkel ergeben, so daß der Natriumdampf kann und eine übliche Schutzhaube aufweist, die in unter möglichst geringer Wirbelbildung zur Erzielung das geschmolzene Überzugsmetall eintaucht und das 60 der angestrebten Ergebnisse quer über die Badoberaus dem Reduktionsofen kommende und in das fläche und das Band streicht.

Überzugsbad eintretende Band auf seinem Weg Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht schützt. Ein Verdampfer mit Mitteln zur Erhitzung in dem verwendeten Trägergas. Es wäre denkbar, der Verdampfungskammer und Mitteln zur Zugabe daß man, wenn die Haube dissoziiertes Ammoniak von metallischem Natrium zu dem Verdampfer ist 65 enthält, zweckmäßig als Trägergas für den Natriumvorgesehen. Man läßt ein Trägergas in den Ver- dampf ebenfalls dissoziiertes Ammoniak verwendet, dämpfer und durch denselben strömen, welches dabei Das ist jedoch nicht möglich, da die Verwendung verdampftes Natrium aufnimmt und dann durch eine von dissoziiertem Ammoniak zur Bildung von Na-

triumhydriden führt, welche die Leitung 17 verstopfen könnten.

Gemäß der Erfindung wird als Trägergas Stickstoff verwendet, der gegenüber Natrium völlig inert ist und den Vorteil besitzt, schwerer als Wasserstoff zu sein, so daß der in der dissoziierten Ammoniakatmosphäre anwesende Wasserstoff in der Haube durch das schwerere Stickstoffträgergas nach oben verdrängt wird. Selbst wenn sich eine kleine Menge Hydride bildet, kann diese Hydridbildung somit vernachlässigt werden.

Aus vorstehendem ergibt sich, daß die Gleichmäßigkeit der Natriumdampfzugabe ganz genau durch eine Steuerung der durch die Heizmittel 21 erzeugten Verdampfungswärme, durch die Geschwindigkeit der Zugabe von metallischem Natrium und durch die Strömungsgeschwindigkeit des Trägergases geregelt werden kann.

Beispielsweise wurde das erfindungsgemäße Verfahren unter Anwendung einer Temperatur zwischen 538 und 593° C und einer Strömungsgeschwindigkeit des Stickstoffs von 4,25 m^/Std. durchgeführt. Natürlich muß die Temperatur sowohl zur Erhitzung des Trägergases als auch zur Schmelzung und Verdampfung des Natriums ausreichen. Wenn ein großes Volumen des Trägergases verwendet wird, empfiehlt sich eine Vorerhitzung desselben vor der Natriumverdampfungskammer, z. B. mittels Heizelementen 16 a.

Durch Trennung der Natriumdampfquelle von der Haube und dem durch diese geführten Band wird natürlich auch das Problem des Verspritzens von Natrium völlig ausgeschaltet. Die Verwendung von Stickstoff als Trägergas beseitigte die Möglichkeit des Verstopfens der Leitungen, durch welche der Natriumdampf in die Schutzhaube gelangt, und eine Anreicherung von erstarrtem Metall oder Reaktionsprodukten mit hohem Schmelzpunkt innerhalb der Haube wurde ebenfalls weitgehend vermieden. Eine Vermeidung der in der eingangs genannten USA.-Patentschrift verwendeten Natriumringe ermöglicht eine bessere Wärmeübertragung von dem außerhalb der Schutzhaube befindlichen Aluminiumbad durch die Metallhaube, so daß ein Erstarren des Überzugsmetalls innerhalb der Haube vermieden wird. Das Überzugsmetall wird manchmal durch kaltes Band abgeschreckt oder es kann infolge Verunreinigungen des Eisens einen höheren Schmelzpunkt besitzen.
5 Obwohl vorstehend Stickstoff als Trägergas genannt wurde, sind natürlich auch andere, gegenüber Natrium inerte Gase, die so schwer sind, daß sie Wasserstoff verdrängen, verwendbar. Stickstoff ist jedoch für diesen Zweck so ausgezeichnet geeignet ίο und steht in so großem Maße und billig zur Verfügung, daß es sich dadurch von selbst als Trägergas empfiehlt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Überziehen eines Eisenmetallgegenstandes, insbesondere eines Eisenbandes, mit Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, indem der Metallgegenstand durch eine eine für Eisenmetalle nichtoxydierende Schutzatmosphäre enthaltende Haube in ein Bad aus dem geschmolzenen Überzugsmetall geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Natriumdampf mittels eines gegenüber Natrium inerten Trägergases dicht an der Oberfläche des geschmolzenen Uberzugsmetalls in die Haube eingeführt und sowohl die Oberfläche des geschmolzenen Überzugsmetalls als auch die Oberflächen des zu überziehenden Metallgegenstands der Einwirkung des von dem Trägergas mitgeführten Natriumdampfs ausgesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als inertes Trägergas Stickstoff und als Schutzatmosphäre in der Haube dissoziiertes Ammoniak verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Überziehen eines Eisenbandes je ein Strahl des Natriumdampf enthaltenden inerten Trägergases unter einem kleinen Einfallswinkel auf die einzelnen Seiten des Bandes nahe an der Oberfläche des geschmolzenen Überzugsmetalls gerichtet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2437 919.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen