DE1521422A1

DE1521422A1 - Anordnung zur fortlaufenden Herstellung eines Schutzmetallueberzugs auf Bandstahl

Info

Publication number: DE1521422A1
Application number: DE19661521422
Authority: DE
Inventors: Takashi Kamata; Toshio Kaneko; Yasuo Koike; Kazuo Matsudo; Hiroshi Miwa; Toshio Omori; Takayoshi Shimomura; Toshio Takishima
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1965-03-25
Filing date: 1966-03-25
Publication date: 1969-09-18
Also published as: US3536036A; DE1521422C3; DE1521422B2; GB1148319A

Description

Dr. Expl.

Nippon Kokan Kabushiki Kaisha in Tokio/Japan

Anordnung zur fortlaufenden Herstellung eines Schutzmetallüberzugs auf Bandstahl

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur kontinuierlichen Beschichtung von Bandmetall mit einer Metallschmelze im Tauchverfahren. Im besonderen betrifft die Erfindung eine verbesserte Anlage zur kontinuierlichen Beschichtung von langgestreckten, kaltgewalzten Metallstreifen oder

aus Stahl
Bändern/mit niedrigem Kohlenstoffgehalt. Als Beschichtungsmaterial wird dabei eine Metallschmelze oder ein Salz einer Metallschmelze mit niedrigem Schmelzpunkt, z. B. Aluminium, Zink o. dgl., verwendet.

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Kürzlich wurde auf dem Gebiet der kontinuierlichen Beschichtung von Bandstahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt unter Verwendung einer Metallschmelze ein beträchtlicher Portschritt erzielt. Bei der Durchführung dieses Verfahrens ist die Glühung zum Zweck der Weichmachung von großer Bedeutung.

Bei einigen bekannten Anlagen dieser Art wird der Glühprozeß in der Produktionsstraße durchgeführt. Bei anderen bekannten Anlagen sind die gleichen Einrichtungen für den Glühprozeß vorgesehen, jedoch außerhalb der Produktionsstraße angeordnet. Wie jedoch in der Praxis festgestellt wurde, ist die durch den Glühprozeß in den bekannten Anlagen erzielte Erweichung nicht ausreichend, um die auf diese Weise gefertigten Metallbleche zum Tiefziehen von besonders in der Automobilindustrie benötigten Teilen verwenden zu können.

Der Grund hierfür mag in der Tatsache liegen, daß das Stahlband nach der Beschichtung im Tauchverfahren einer raschen, künstlichen Abkühlung unterzogen wird. Die Kühlung ist nötig, um der Bildung einer aus einer Sekundärlegierung bestehenden Schicht auf dem Metallstreifen einigermaßen entgegenzuwirken, und die eigentliche Beschichtung vor möglichen Schäden, bzw. vor

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Abblätterung zu schützen. Solche Schaden können durch einen plötzlichen Wechsel der Transportrichtung des MetallStreifens oder durch beträchtliche Temperaturunterschiede bei der Berührung mit den kalten Ablenkungsrollen entstehen. Bei Zink- und Aluminiurabeschichtung im Tauchverfahren soll die Temperatur des Bandes unmittelbar nach der Beschichtung ungefähr 460 - 640° C betragen.

Nach einem kürzlich von W. C. Leslie et al auf der 6., am 31. Jan. 196*4· in Chicago abgehaltenen A.I.M.E.-Tagung geraachten Vorschlag, der als Glühprozeß nach der Galvanisierung bekannt ist, wird die Glühung vier Stunden lang bei einer Temperatur von 370° C durchgeführt. Bei Versuchen, die mit diesem Verfdren in der Praxis angestellt

wurden, zeigte sich, daß sich durch eine so lange Glühte

behandlung von zinkbeschichten Stahlbändern die Beschichtung fast vollständig in einen aus einer Sekundärlegierung bestehenden Überzug umformte.

Es ist daher das Hauptziel der Erfindung, eine Anlage zur kontinuierlichen Herstellung von im Tauchverfahren beschichteten Stahlbändern, besonders zink- oder aluminiumbeschichtete Bänder, zu schaffen, die aufgrund ihrer durch den verbesserten, kontinuierlichen GlühprozeS

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erzielten Weichheit für durch Tiefkühlen hergestellte Teile verwendet werden.können.

Ein weiteres Ziel ist die Schaffung einer Anlage der obengenannten Art, bei der die Weichmachung durch Glühbehandlung an einer bestimmten Stelle der Produktionsstraße vorgenommen wird.

Durch die Erfindung soll ferner eine Anlage geschaffen werden, die geringere Investitionskosten erfordert, verläßlich in der Arbeitsweise ist und wirtschaftlich betrieben werden kann.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung des in der beigefügten Zeichnung und den mi-kroskopischen Fotografien dargestellten Ausführungsbeispiels. In der beigefügten Zeichnung ist:

Fig. 1: eine schematische Zeichenansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anlage, auf der jedoch übersichtshalber die mittlere Kammer und die letzte Kühlkammer weggelassen sind;

Fig. 2: ein vergrößerter Vertikalschnitt durch eine Alterungskammer mit der damit verbundenen, mittleren Kammer;

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Pig. 3i ein schematischer Horizontalschnitt durch den am Ende der Produktionsstraße liegenden Teil der Anlage mit der Alterungskammer, der mittleren Kammer und der am Ende befindlichen Kühlungskammer;

Pig. k: ein Querschnitt auf der Linie III - IV von Pig. 2ί

Pig. 5 A und 5 B Diagramme, die das Verhältnis zwischen | der Alterungsbehandlung und der Bildung von Sekundärlegierungsüberzügen bei in der erfindungsgemäßen Anlage hergestellten, mit einer Schutzschicht überzogenen Stahlstreifen zeigen, und zwar bei mit zink- und aluminiumbeschichteten Metallstreifen;

Pig. 6, (A) - (D), einige mikroskopische Aufnahmen der Schutzschicht, in diesem Fall einer Zinkschicht, die durch Transportierung von Stahlblech durch die Anlage hergestelt wird;

Fig. 7, (A) - (B), zwei mikroskopische Aufnahmen, die die Kristallstruktur einer Aluminiumschicht auf in der Anlage behandeltem Stahlblech zeign;

Fig. 8 ein Diagramm, das das wechselnde Verhalten des Abschreckalterunge-Exponenten, gemessen während einer in der Alterungskammer durchgeführten Alterungsbehand' ung,

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zeigt, und zwar für den Fall einer Zinkbeschichtung;

Fig. 9 ein Diagramm ähnlich dem von Fig. 8, das nach den Ergebnissen bei einem Aluminiumbeschichtungsprozeß unter Verwendung der erfindungsgemäßen Anlage aufgestellt wurde.

In der beigefügten- Zeichnung, besonders in den Pig. 1 - b, ist ein bekannter, stationärer Wärmeofen 1 zur Erwärmung eines Stahlstreifens 9 dargestellt, der mit einem im wesentlichen abgeschlossenen Gehäuse la versehen ist, in dem eine Rolle 2 für den Transport des Bandstahls nach unten frei drehbar angebracht ist. Ein Führungskanal bzw. Schacht 3 bildet eine starre Verbindung zwischen der Austrittsöffnung des Ofengehäuses la und dem Tauchkessel k der bei 5 ein Bad aus geschmolzenem Aluminium, Zink o. dgl. enthält, aus dem die Schutzschicht gebildet wird. Wie gezeigt, ist der Kessel an einem tieferen Punkt als ) der Ofen 1 angeordnet. In dem im Kessel k befindlichen Bad 5 liegt eine Rolle 6, die im Kessel drehbar befestigt ist und durch einen geeigneten Antrieb, z. B. einen Elektromotor, betätigt wird, obwohl das Lager und der Antrieb der Rolle 6 einfachheitshalber nicht dargestellt sind.

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Über der Rolle 6 sind zwei Abstreif- bzw. Ausführungswalzen 7 angeordnet, die ebenfalls drehbar an dem Gehäuse la befestigt sind, obwohl auch hier die Lager dieser Walzen einfachheitshalber nicht dargestellt sind.

Eine an einem stationären, nicht dargestellten Teil angebrachte Dampfstrahleinrichtung 8 ist in geeigneter Höhe über dem Kessel 4 angeordnet, und zwar an einer für die Beschichtung des Bandmetalls 9¹ günstigen Stelle. In herkömmlicher Weise dient die Einrichtung 8 dazu, eine möglichst feine Struktur zu erreichen, und wird nur bei der Zinkbesehichtung verwendet. Wenn eine Dampfstrahleinrichtung vorgesehen ist, könn/die Abstreif walzen 7 weggelassen werden. Auf einer noch höheren Ebene sind eine Kühlungshaube 10 und eine Umlenkungsrolle 11 angeordnet, wobei die letztere frei drehbar in einem stationären Lager ruht, welches zur besseren Übersicht auf der Zeichnung nicht dargestellt ist. Die Kühlungshaube 10 ist mit einer I DruckluftZuführungsvorrichtung mit Düsen ausgestattet; die zur wirksamen Kühlung des über die Rollen laufenden Metallstreifens bei 9' dient. An der hinter einer Uralenkungsrolle 11 liegenden Stelle 9¹¹ im Transportweg des Bandmetalls befinden sich einige Zügelrollen 12 mit Antrieb, die dem Metallstreifen als Ganzes die richtige Spannung verleihen und diese beibehalten. In einem bestimmten Abstand von den Zügelrollen 12 ist eine Anzahl von Schleifenrollen

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frei drehbar angebracht. Die strichlierten Linien von Pig. I bezeichnen einen wahlweisen und zusätzlichen Weg des Bandstahls zum Zwecke einer zusätzlichen Behandlung, z.B. durch die Richtbank I^ und ein chemisches Bad 15. Das letztere enthält vorzugsweise z. B. eine Chromatlösung zur chemischen Behandlung der Oberfläche der beschichteten Metallstreifen, die im folgenden weiter beschrieben werden. Die Richtbank I^ und die Schleifenrollen 13 dienen in bekannter Weise zur Ausrichtung des Metallstreifens. Beide sind mit einer Vielzahl von angetriebenen Rollen ausgestattet, wodurch die gewünschte Ausrichtung wirksam erzielt wird. Die Schleifenrolleneinrichtung 13 ist in zwei Gruppen von Rollen geteilt, deren eine auf einem verschiebbaren

Gestell befestigt ist, das in Pig. 1 nur schematisch angeausgebildet ist, deutet und vorzugsweise in Form eines Wagens 16/der mit

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einer Antriebsvorrichtung/raechanisch verbunden ist.

Durch diesen Antrieb kann der Wagen in verstellbare und entsprechend ausgewählte Positionen verschoben werden, so daß die Streifenspannung, wenn nötig, bei einem bestimmten Wert gehalten werden kann. Ferner ist eine Anzahl von geeigneten Führungsrollen 18 - 21 zur Weiterbewegung des Metallstreifens auf seinem vorbestimmten Transportweg vorgesehen.

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Bei der Beschichtung mit Zink wird der Bandstahl zunächst auf z. B. 500° C vorgewärmt und anschließend über die Holle 2 im Ofen 1, der vorzugsweise eine Temperatur von z. B. 650° C hat, zu dem Tauchkessel b geleitet, in dem das Bad 5 auf einer Temperatur von vorzugsweise ^50 - **60° C gehalten wird. In dem Bad wird der Metallstreifen mit einer dünnen Lage der Metallschmelze beschichtet und der Überschuß an Metallschmelze wird durch « die Abstreifwalzen 7 entfernt. Anschließend wird der beschichtete Metallstreifen, der im allgemeinen eine Temperatur von z. B. k70° C aufweist, (bei Aluminiumbeschichtung 670° C) bei 8 in herkömmlicher Weise durch gegen die Streifenoberfläche gerichtete Dampfstrahlen einer Behandlung unterzogen, durch die eine möglichst feine Struktur erzielt wird. Der Streifen läuft dann durch die Kühlungshaube 10 und wird schnell auf 100° C abgeschreckt. Durch die Wirkung der Abschreckungsbehandlung wird die Härte des Bandes beträchtlich erhöht und der Kohlenstoff f

im Stahl wird in einen festen, gelösten Stoff in überfett igtem Zustand umgewandelt.

Mach herkömmlicher Art wird der so beschichtete und durch Abschreckung gehärtete Stahlstreifen über die Umlenkungsrolle 11, die Zügelrolle 12, die Richtbank 14, das chemische Bad 15 und die Führungerollen 18 - 21 zu

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den Schielfenrollen 13 geleitet, und anschließend auf bekannte Spannungsspulen 27, 28 aufgewickelt. Diese Bandmetallspulen sind für Tiefzieharbeiten nicht geeignet, da der Stahl nicht weich genug ist.

In der vorliegenden GaIvanisierungsnlage wird der beschichtete Metallstreifen von den Zügelrollen direkt auf die Schleifenrollen 13 weitergeleitet. Die Richtbank herkömmlicher Art und das chemische Bad kann man entweder auf der Produktionsstraße entfernen oder einfach nicht verwenden.

Während der beschichtete Streifen an Prüfstand 16, 17, der zur Feststellung fallweiser Veränderungen der Streifenführungsbedingungen dient, geprüft und auf einer vorbestimmten Temperatur zwischen etwa 60° C und Noraaltemperatur gehalten wird, läuft er über Umlenkungswalzen 23 und Zügelrollen 24 zu der Vorwärmekammer 22 und anschliessend zu der Alterungskammer 25. Die letztere ist der wichtigste Bestandteil der vorliegenden Anlage und wird für das Tiefbeschichtungsverfahren auf einer Temperatur von vorzugsweise 300 - 330° G und für das Alumlniumsbeechichtungsverfahren auf einer Temperatur von 300 - 350° C gehalten. Beide Kammern 22 und 25 können als eine Kammer ausgebildet und so angeordnet sein, daß ein 'Teil der Heizflüssigkeit in der Alterungskammer anschließend durch

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durch die Vorwärmekammer zirkuliert. Um einen Ausgleich für den Wärmeverlust zu schaffen, wird das Abgas in der dargestellten Weise von der Vorwärmekammer 22 zu der Heizvorrichtung 26 geleitet, in der es auf die oben genannte Temperatur erhitzt wird. Als Heizraedium kann man jedes inerte Gas, z. B. gasförmigen Stickstoff, verwenden. Unter bestimmten Umständen kann jedoch auch Luft für denselben Zweck verwendet werden, und zwar wenn eine geringe Oxydation der Schutzschicht auf dem Stahlstreifen f keine Bolle spielt. Ua zu verhindern, daß eine übergroße Menge Heizmedium aus der Vorwärmekammer entweicht, sind am Eingang zurKammer 22 Dichtungsrollen 26 angeordnet, die den zu alternden Metallstreifen beim Eintritt in die Kammern ausrichten. Diese Anordnung dient dazu, die Entwachung des Heizmediums und den Eintritt von Luft in die Kammern zu verhindern, wodurch eine optimale Wärmeleistung erzielt wird. Das Problem der Verhinderung einer möglichen Oxydation ist von sehr geringer Bedeutung, da bei der oben genannten Alterungstemperatur jede Oxydation der Beschichtung bzw. des Stahles praktisch unmöglich ist.

In dea Innenraum der Alterungskammer sind drehbare, mechanische Verstellvorrichtungen 29, 30 angeordnet, die mit den Spannungsrollen 27, 28 zur Ausrichtung des Metallstreifens zusammenwirken. Wenn die Holle 27 in die nichtdargestellte, waagerechte Position gedreht wird,

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läuft der Metallstreifen auf die zweite Rolle 28 weiter, und umgekehrt.

Wenn eine vorbestimmte Länge eines behandelten Metallstreifens auf eine der Spannungsspulen 27 oder 28 aufgewickelt ist, wird der Metallstreifen automatisch von einer Schneidevorrichtung, die den Streifen entweder nach oben oder nachunten durchschneidet, von der gewundenen Streifenspule 34 bzw. 35 abgeschnitten. Da es sich hier um ein

W allgemein bekanntes Merkmal handelt, ist auf der Zeichnung nicht gezeigt, daß die Spannungsspulen 27, 28 zusammenklappbar sind. Wenn der Metallstreifen mittels der Abschneidevorrichtung 31 abgetrennt ist, wird einer der beiden Magnetheber 32, 33 erregt und zieht die Metallstreifenspule an, nachdem die Spule 27, 28 zur Verkleinerung ihres Durchmessers zusammengeklappt worden ist. Die derartig angezogene Metallstreifenspule 3^» 35 wird anschließend von links nach rechts in die in Fig. 4 bei 3^' gezeigte Stellung bewegt. Anschließend wird der Magnetheber entregt, so daß die Metallstreifenspule auf ein in einer Vertiefung 37 laufendes Förderband 36 fällt, das die Spule in eine mittlere Kammer 38 transportiert. Die Metallstreifen spule wird im Ganzen ungefähr 30 Minuten lang auf der Alterungstemperatur, ζ. B. 300° C, gehalten. Das Förderband wird durch einen bekannten Antriebsmechanismus betätigt, der auf der Zeichnung nicht dargestellt ist. Die mittlere Kammer ist von der Alterungskammer 22 und der Kühlungskammer

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durch Türen 39, 40 getrennt. Das Förderband 36, das in der schematisoh dargestellten Weise mit einer Anzahl von Querschnitten für den Transport der Metallstreifenspulen ausgestattet ist, führt durch die mittlere Kammer und eine verschließbare Tür 43 in die Kühlungskammer 41 und in die damit verbundene Ausgabekammer 42. Das Kühlmittel in der Kühlungskammer wird mittels eines mit einem Wärmeaustauscher 45 verbundenen Umlaufsystem 44 wiederholt zirkuliert. Der Wärmeaustauscher steht seinerseits zur g

Entziehung der überschüssigen Wärme auf den Metallstreifenspulen mit Hilfe des Kühlmittels mit einem Kühlapparat 46 in Verbindung. Als Kühlmittel wird vorzugsweise gasförmiger Stickstoff, Kohlenstoffdioxyd, Luft oder dgl. verwendet. Die gekühlten Produkte verlassen dann nach Passieren der Augabekamaer 42 auf dom Förderband 36 die Anlage. Umwicklungsvorriohtungen 47, 48 wickeln das geförderte End· des Metallstreifen auf die betreffende Spannungsspule 27, 28 auf. Da der Aufbau und die Funktionswels· dieser Umwicklungevorrichtungen in Faohkreisen be- " kaust SiBA, erübrigt sieh ei»· detailliert· Beschreibung dieser feil«.

Di· Kmrv· a in Pig. 5 A stellt 4i· Altemagseerkmal· in »*«ug auf Zink aar. Di··· Kmrv· besieht »loh auf ei*· bestimmt·, gelegentlioh verbanden· Temperatur. In diesem

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Pall wurde diese Kurve als Ergebnis einer langen Reihe von Versuchen, und zwar unter Voraussetzung einer bevorzugten Temperatur von 300° C, angelegt. Der Raum unter der Kurve stellt die abgesetzte, feste Lösung von Kohlenstoff in Stahl dar. Entlang dieser Kurve wurde die feste Kohlenstofflösung vollständig abgeschnitten. Dadurch ergibt sich eine Grenze für die Weichmachungsbehandlung, da auf der anderen Seite dieser Kurve keine Erweichung erzielt werden kann»

" Kurve b von Pig. 5 A ist eine typische Darstellung der Tendenz zur Bildung einer Sekundärzinklegierung in der aufgetragenen Schicht. Soll eine Erweichung ohne Beeinflussung der Zinkschicht erzielt werden, sollte die Glühtemperatur einen unter dieser Kurve b liegenden Wert darstellen.

Die Kurven a' und b¹ in Pig. 5 B wurden für die Aluminiumbaschichtung angelegt und entsprechen im übrigen den Kurven a und b von Pig, 5 A*

Fig. 6, (A) - (D), zeigt einige Mikroskopische Aufnahaen der in den Funkten 100, 101, 102 und 103 von Fig. 5 A «rzielt#n Kristallstruktur«^

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SAD ORJGiNAL

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Pig. 7,.(A) und (B), zeigt zwei mikroskopische Aufnahmen der Kristallstruktur eines in der erfindungsgemäßen Anlage erzeugten Aluminiumüberzuges.

Fig. 8 zeigt Hesswerte für die Härtewirkung durch Abschreckung auf mit Zink beschichtetes Stahlblech, die als Richtlinien zur Auswahl der entsprechenden Kühlbedingungen in der Kammer 22 dienen.

In Fig. 9 ist eine Kurve dargestellt, die die Alterungsmerkmale für die Aluminiumbeschichtung zeigt und der Kurve von Fig. 8 ähnlich ist.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur kontinuierlichen Erzeugung von mit einer Schutzschicht aus Metall, ζ. Β. Zink, Aluminium ο. dgl., überzogenem Bandstahl, gekennzeichnet durch einen Reduzierungsofen (1) zur Oberflächenbehandlung des Bandstahles (9), einen Kessel (k), der ein aus einer Metallschmelze bestehendes Ba-d (5) zur Überziehung des von dem Ofen (1) gespeisten Bandmetalls enthält, eine Wärmebehandlungskammer (22), die zur Ausscheidung des gelösten Kohlenstoffes im Stahl bei einer eine Abschreckhärtung ausschließenden Temperatur dient, wenn das beschichtete Band (9) an einem an das aus einer Metallschmelze bestehende Bad (5) anschließenden Punkt (8) einer Abschreckung unterzogen wird, und eine mit der Wärmebehandlungskammer (22) verbundene Kühlungskaramer (25) zur Aufnahme und Kühlung des beschichteten und wärmebehandelten

Bandstahles.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeich

net durch eine dem Kessel (k) nachgeschaltete Nachbehandlungseinrichtung (22, 25) zur Verbesserung der Geschmeidigkeit des Stahls in dem überzogenen Band (9) sowie zur Verbesserung der Struktur des Überzugs.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet , daß die Wärmebehandlungskammer (22) einen Teil der Nachbehandlungseinrichtung bildet.

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