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Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung eines metallischen Überzuges
auf einem metallischen Material in Form eines Streifens, Drahtes od. dgl. durch
Tauchen in ein Metallschmelzbad Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur
kontinuierlichen Herstellung eines metallischen überzuges auf einem metallischen
Material in Form eines Streifens, Drahtes od. dgl. durch Auftrocknen einer wässerigen
Flußmittellösung und anschließendes Tauchen des überzogenen Materials in ein Metallschmelzbad.
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Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren der vorgenannten Art zu schaffen,
welches gegenüber bekannten Verfahren einerseits die Erzielung eines Flußmittelüberzuges
von geregelter und gleichmäßiger Dicke gewährleistet und andererseits eine bisher
nicht erreichbare Ablaufgeschwindigkeit des Materials und damit einen hohen Ausstoß
eines Produktes von gleichförmiger und hoher Qualität ermöglicht.
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Gemäß der Erfindung wird dies bei einem Verfahren der eingangs genannten
Art dadurch erreicht, daß das senkrecht aus dem Flußmittelbad austretende Material
zur Regelung der Dicke des Flußmittelüberzuges vorzugsweise zwischen paarweise im
Angriff stehende, über dem Flußmittelbad angeordnete gerillte Abquetschrollen und/oder
Bürsten, sodann zur Trocknung durch eine erste Heizkammer und dann zur weiteren
Erwärmung auf eine Temperatur knapp unterhalb der Zersetzungstemperatur des Flußmittels
senkrecht abwärts durch eine zweite Heizkammer und schließlich durch das vorzugsweise
induktiv beheizte Metallschmelzbad geführt wird.
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Dadurch, daß bei dem Verfahren gemäß der Erfindung das Flußmittel
auf das metallische Material (Streifen, Draht od. dgl.) am unteren Ende der senkrechten
Aufwärtsbewegung des Materials in geregelter Dicke aufgebracht und dieses mit dem
Flußmittel gleichmäßig überzogene Material senkrecht durch die erste Heizkammer
hindurchgeführt wird, wird der Flußmittelüberzug völlig getrocknet, bevor das Material
das obere Ende seiner senkrechten Aufwärtsbewegung erreicht, wo es durch Führungsrollen
in eine senkrechte Abwärtsbewegung umgelenkt und durch die zweite Heizkammer geführt
wird. In der zweiten Heizkammer wird dann das mit dem getrockneten Flußmittel überzogene
Material auf eine Temperatur erhitzt, welche der Temperatur des schmelzflüssigen
überzugsmetalls relativ nahekommt, mit dem das Flußmittel beim Eintritt des Materials
in das Metallschmelzbad in Reaktion tritt. Je geringer die Differenz zwischen der
Temperatur des mit dem Flußmittel überzogenen Materials und der Temperatur des schmelzflüssigen
überzugsmetalls ist, um so rascher erfolgt die Reaktion zwischen dem Flußmittel
und dem schmelzflüssigen überzugsmetall und um so höher kann demgemäß die Vorschubgeschwindigkeit
des Materials in dem Metallschmelzbad sein, weil die Reaktion zwischen dem Flußmittel
und dem geschmolzenen Metall außerordentlich rasch vor sich geht und beendet ist,
bevor das Material mit den Führungsmitteln in dem Bad in Eingriff tritt.
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Bei einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung
zum Verzinken eines aus Stahl bestehenden Streifens od. dgl. wird ein wässeriges,
Ammoniumchlorid und Zinkchlorid enthaltenes Flußmittelbad verwendet und der Streifen
od. dgl. in dem Abschnitt seiner senkrechten Aufwärtsbewegung bei einer Temperatur
in der Größenordnung von l20° C getrocknet und danach zwischen dem oberen Ende des
genannten Abschnitts und der Eintauchstelle in das schmelzflüssige Überzugsmetall
auf eine Temperatur in der Größenordnung von 260° C erhitzt.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit
der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zu seiner Durchführung
erläutert.
F i g. 1 ist eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung
zum Aufbringen eines Flußmittels und eines Metallüberzugs auf einen Metallstreifen;
F i g. 2 ist eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Seitenansicht, teilweise im
Schnitt (wobei ein Teil des Schnittes in noch größerem Maßstab dargestellt ist)
einer der Rollen zum Regeln der Dicke des Flußmittelüberzuges auf dem Streifen;
F i g. 3 ist eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Seitenansicht, teilweise im
Schnitt (wobei ein Teil des Schnittes in noch größerem Maßstab wiedergegeben ist)
einer der Bürsten zum Einebnen des Flußmittelüberzuges auf dem Streifen; F i g.
4 ist eine der F i g. 1 ähnliche Ansicht, in der ein Behälter dargestellt ist, in
welchem das schmelzflüssige überzugsmetall durch elektrische Induktionserhitzung
in Bewegung gehalten wird.
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In F i g. 1 ist mit 1 ein Streifen bezeichnet, der beispielsweise
ein zu verzinkender Stahlstreifen ist. Der Streifen 1 läuft in Richtung der Pfeile
über Führungsrollen 2, 4, 10 und 13. Es wird beispielsweise angenommen, daß das
durchzuführende Verfahren ein Verzinkungsverfahren unter Verwendung von aluminiumhaltigem
Zink zur Erzeugung eines festhaftenden Zinküberzuges auf dem Metallstreifen ist.
Die Energie zum Fortbewegen des Streifens kann von einem Aufwickelhaspel (nicht
dargestellt) geliefert werden, welcher den überzogenen Streifen aufwik kelt und
welchem gewünschtenfalls längs des Wanderweges des Streifens noch zusätzliche Antriebsrollen
zugeordnet sein können.
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Die Führungsrollen 4 sind mit ihren unteren Teilen in ein Bad des
Flußmittels in wässeriger Lösung innerhalb eines Behälters 3 eingetaucht. Die Führungsrollen
4 sind als mit ihren Achsen etwas oberhalb der Oberfläche der Flußmittellösung liegend
dargestellt. Die Flußmittellösung kann beispielsweise eine wässerige Lösung von
45 °/o Ammoniumchlorid und 55 °/o Zinkchlorid sein. Der Streifen 1 bewegt sich,
wie dargestellt, aus dem Flußmittelbad in senkrechter Richtung aufwärts. Es besteht
in dem Flußmittelbad die Neigung, daß mehr Flußmittel an der Oberfläche des Streifens
haften bleibt, die von den Führungsrollen 4 abgewendet ist, als an der Oberfläche
des Streifens, die an den Führungsrollen anliegt. Um diese Neigung zu kompensieren,
wird durch eine Leitung 5 zugeführte Flußmittellösung in die Gabelungsstelle 6 zwischen
der rechten Führungsrolle 4 und dem Streifen, wie in der Zeichnung wiedergegeben,
einfließen gelassen. Dadurch wird die Aufbringung eines verhältnismäßig gleichförmigen
Überzugs vom Flußmittel auf beiden Seiten des Streifens gewährleistet. Das Bad des
Flußmittels wird erneuert, um das mit dem Streifen entfernte Flußmittel zu ergänzen.
Die Flußmittellösung kann ein spezifisches Gewicht von 10 bis 20° Be und eine Temperatur
von 65 bis 93° C haben. Die Flußmittellösung kann gewünschtenfalls kontinuierlich
umlaufen gelassen und filtriert werden.
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Der sich von der Gabelungsstelle 6 aufwärtsbe- i wegende Streifen
trägt auf beiden Seiten eine verhältnismäßig dicke Schicht der Flußmittellösung.
Der Streifen läuft zwischen mit Kautschukoberflächen versehenen Dosierungsrollen
7 und Einebnungsbürsten 8 hindurch, die z. B. Bürsten mit Borsten aus i Kunststoff,
wie einem Polyamid (Nylon), sein können. Die Rollen 7 und Bürsten 8 haben den Zweck,
einen Teil der Flußmittellösung zu entfernen und zu gewährleisten, daß die zurückbleibende
Flußmittellösung die Form eines glatten gleichförmigen Überzuges auf dem Streifen
annimmt. Die Rollen und Bürsten können sämtlich gleichzeitig verwendet werden, jedoch
können, je nach den vorliegenden Bedingungen, auch nur ausgewählte Rollen und Bürsten
zur Anwendung kommen. Die Dosierungsrollen 7, die zu einer gegebenen Zeit verwendet
werden, drehen sich vorzugsweise in der Richtung, in welcher sie der Streifen durch
Reibung zu drehen sucht, und mit der gleichen Oberflächengeschwindigkeit wie der
Streifen. Sie werden vorzugsweise durch Reibungseingriff mit dem Streifen gedreht,
obgleich sie auch unabhängig von dem Streifen angetrieben werden können. Die Dosierungsrollen
7 sind vorzugsweise mit Rillen versehen. Die Teile jeder Dosierungsrolle 7, die
mit dem Streifen im Eingriff stehen, quetschen die Flußmittellösung ab, und die
Rillen dosieren die Menge an Flußmittellösung, welche durchgelassen werden soll,
um später durch die Einebnungsbürsten 8 geglättet oder eingeebnet zu werden. Die
Einebnungsbürsten 8 können gegebenenfalls gedreht werden, und wenn sie gedreht werden,
können sie in jeder Richtung mit ausgewählten Geschwindigkeiten umlaufen. Gewöhnlich
werden die Einebnungsbürsten 8 langsam in einer Richtung gedreht, die entgegengesetzt
zu der Richtung ist, in welcher sie der Streifen durch Reibung zu drehen sucht.
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F i g. 2 zeigt eine der mit Kautschukoberflächen versehenen Dosierungsrollen
7. Die linke Hälfte der Rolle ist in Vorderansicht und die rechte Hälfte im Schnitt
wiedergegeben, wobei ein Teil des Schnittes vergrößert dargestellt ist. Die Rolle
weist einen zylindrischen Körper 16 auf, der einstückig mit ihm verbundene verringerte
Enden 15 besitzt, auf welchen die Rolle für die Drehung angebracht wird. Um den
Körper 16 ist ein hohler Kautschukzylinder 17 angeordnet, in dessen Oberfläche schraubenlinienförmig
verlaufende Rillen 18 vorgesehen sind. Vorzugsweise sind sich gegenüberliegende
Rollen 7 mit Bezug auf den Abstand, die Steigung und den Querschnitt der Rillen
ähnlich ausgebildet, jedoch kann der obere Satz von Rollen 7 von dem unteren Satz
'von Rollen 7 verschieden sein, indem seine Rollen mit Rillen von verschiedener
Steigung und/oder verschiedenem Abstand und/oder verschiedenem Querschnitt versehen
sind. Die Rollen jedes Paares erfassen den Streifen auf gegenüberliegenden Seiten.
Sie vermindern in geregelter Weise die Dicke des Überzuges aus der Flußmittellösung
auf dem Streifen. Es kann genügen, für eine besondere Streifengeschwindigkeit nur
den einen der Sätze von Rollen 7 und für eine andere Streifengeschwindigkeit nur
den anderen der Sätze von Rollen 7 zu verwenden, während für eine noch andere Streifengeschwindigkeit
beide Sätze von Rollen 7 gleichzeitig zur Anwendung kommen können. Unter gewissen
Bedingungen können auch die Bürsten 8 allein genügen, so daß überhaupt keiner der
Sätze von Rollen 7 verwendet zu werden braucht.
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F i g. 3 zeigt eine der Einebnungsbürsten B. Die Bürste wird von einer
Welle 19 getragen. Die linke Hälfte der Bürste ist in Vorderansicht und die rechte
Hälfte im Schnitt wiedergegeben, wobei ein Teil des Schnittes vergrößert dargestellt
ist. Die Bürste weist eine Hülse 20 auf, welche Borsten 21 trägt, die beispielsweise
aus Kunststoff, wie einem Polyamid (Nylon) bestehen können. Die Borsten können,
wie
in dem vergrößerten Teil von F i g. 3 im Schnitt dargestellt,
in getrennten Büscheln 22 angeordnet sein. Die Borstenenden liegen jedoch im wesentlichen
auf einer geraden zylindrischen Oberfläche.
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Die Bürsten 8 können entweder allein oder in Verbindung mit einem
oder mit beiden Sätzen von Rollen 7 verwendet werden. Sie können auch unter gewissen
Bedingungen unwirksam gemacht werden, so daß nur einer oder beide Sätze von Rollen
7 allein verwendet werden. Wenn die Bürsten wirksam sind, wirken sie auf die gegenüberliegenden
Seiten des Streifens ein, und sie werden vorzugsweise in der Richtung gedreht, welche
der Richtung entgegengesetzt ist, in welcher der Streifen die Bürsten durch Reibung
zu drehen sucht. Die Bürsten suchen den Überzug aus der Fußmittellösung auf dem
Streifen zu glätten und verteilen, um einen sehr gleichförmigen ebenen Überzug zu
erzeugen. Durch Wahl der gewünschten Rollen 7 und/oder Bürsten 8 und durch Drehen
der Bürsten mit einer gewünschten Geschwindigkeit kann die Dicke des Flußmittelüberzuges
auf dem Streifen sehr genau geregelt werden.
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Der den geregelten Überzug aus flüssigem Flußmittel tragende Streifen
tritt, wenn er von den Bürsten 8 aufwärts wandert, in eine Heizkammer 9 ein, in
welcher der Streifen erhitzt wird, um das Wasser aus der Flußmittellösung zu verdampfen.
Die Wärme kann durch irgendwelche geeigneten Mittel, wie z. B. elektrische Heizelemente,
erhitzte Luft, Verbrennungsprodukte usw. zugeführt werden. Der Streifen kommt mit
keinem Teil der Vorrichtung in Berührung, nachdem er die Bürsten 8 verlassen hat,
bis er die linke Führungsrolle 10 (F i g. 1) erreicht. Infolgedessen trocknet das
Flußmittel auf dem Streifen zu einem gleichförmigen und glatten Überzug. Die Gleichförmigkeit
und Glätte des Flußmittelüberzuges auf dem Streifen könnte beeinträchtigt werden,
wenn der Streifen mit irgendeinem Teil der Vorrichtung, während die Trocknung erfolgt
und bevor dieser Trocknungsvorgang im wesentlichen beendet ist, in Eingriff kommen
würde.
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Der auf die linke Führungsrolle 10 (F i g. 1) laufende Streifen hat
daher auf beiden Seiten einen im wesentlichen trockenen gleichförmigen Flußmittelüberzug
bei einer Temperatur in der Größenordnung von 120° C. Der Streifen läuft dann über
die rechte Führungsrolle 10 und danach abwärts zu dem Behälter 12, welcher ein Bad
aus geschmolzenem aluminiumhaltigem Zink enthält. Während seines Abwärtslaufes geht
der Streifen durch eine zweite Heizkammer 11 hindurch, in welcher seine Temperatur
auf einen Wert gesteigert wird, der in der Nähe der maximalen Temperatur liegt,
bis zu welcher der trockene Flußmittelüberzug auf dem Streifen stabil ist. Diese
Temperatur beträgt bei einem Flußmittel, welches 45 % Ammoniumchlorid und 55 % Zinkchlorid
enthält, 230 bis 260° C. Die Wärme kann in der Heizkammer 11 nach irgendeinem Verfahren
zugeführt werden, die oben in Verbindung mit der Zuführung von Wärme in der Heizkammer
9 erwähnt sind.
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Daher liegt, wenn der Streifen in die Zinkschmelze in dem Behälter
12 eintritt, seine Temperatur ziemlich nahe der Temperatur der Zinkschmelze, mit
dem Ergebnis, daß der trockene Flußmittelüberzug auf dem Streifen mit einer verhältnismäßig
hohen Schnelligkeit mit dem Zink reagiert. Die Reaktion erfolgt so rasch, daß sie
während der Zeit, in welcher der Streifen die linke Führungsrolle 13 in dem Verzinkungsbehälter
12 erreicht, im wesentlichen vollendet wird. Die Erfindung gestattet daher die Erzeugung
eines überzogenen Streifens von geregelter hoher Qualität und macht es gleichzeitig
möglich, die Geschwindigkeit der Vorwärtsbewegung des Streifens in der Überzugsanlage
beträchtlich zu erhöhen. Der aus dem Behälter 12 kommende überzogene Streifen läuft
zwischen Rollen 14 hindurch, welche die üblichen Ausgangsrollen der Verzinkungsanlage
sein können.
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In F i g. 4 ist in schematischer Schnittansicht eine besondere Ausführungsform
des an sich bekannten Behälters 12 für das schmelzflüssige Metall dargestellt, gemäß
welcher dieser Behälter mit Mitteln versehen ist, durch die das schmelzflüssige
Metall auf Grund einer elektrischen Induktionserhitzung in Bewegung gehalten wird.
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Der Behälter 12 besitzt ein äußeres Stahlgehäuse 29 mit einer Zwischenauskleidung
30 aus isolierendem Material und einer Innenauskleidung 31 aus hitzebeständigem
Material. Die Seitenwandung 33 der hitzebeständigen Auskleidung 30 hat einen
seitlichen Fortsatz 32 mit einem schräg abwärts verlaufenden, sich verjüngenden
Durchgang 34. Dieses Durchgang 34 mündet in drei Kanäle 23, welche mit einem Querkanal
24 in Verbindung stehen. Um den mittleren der drei Kanäle 23 ist ein geschlossener
Magnetkern 25 mit einer Spule 26 angeordnet, der elektrischer Strom zugeführt wird.
Diese Anordnung entspricht einem Transformator mit kurzgeschlossener Sekundärwicklung,
welche durch das schmelzflüssige Metall in den Kanälen 23 und 24 gebildet wird.
Da das in den Kanälen 23, 24 befindliche schmelzflüssige Metall einen geschlossenen
Kreis darstellt, fließt in ihm ein Strom, der in dem Metall Wärme erzeugt. Die so
erzeugte Wärme bewirkt einen kontinuierlichen und raschen Umlauf des schmelzflüssigen
Metalls in dem ganzen Behälter 12, wie dies durch die eingezeichneten Pfeile angedeutet
ist, und dadurch wird das schmelzflüssige Metall im Behälter auf einer gleichförmigen
Zusammensetzung gehalten.