DE19926102A1 - Verfahren und Anlage zur Herstellung eines elektrolytisch beschichteten Warmbandes - Google Patents
Verfahren und Anlage zur Herstellung eines elektrolytisch beschichteten WarmbandesInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Anlage und ein Verfahren zur Herstellung eines elektrolytisch beschichteten Warmbandes 11. Sie ist vornehmlich dadurch gekennzeichnet, daß ein chemischer Beizteil 2 mit elektrolytischen Zellen 10 in einer Linie verbunden wird.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung
eines elektrolytisch beschichteten Warmbandes.
Bei der Herstellung von Stahlprodukten wird vielfach auf dem fertigen
Produkt eine Beschichtung aufgebracht. Dies dient hauptsächlich zum
Zweck das Produkt vor Korrosion zu schützen. Den bei weitem größten
Umfang haben für diesen Zweck die Beschichtungen mit Zink oder
Zinklegierungen erreicht, aber auch Zinn- oder Chrombeschichtungen
haben im Bereich der Verpackungsbleche große Bedeutung.
Zur kontinuierlichen Beschichtung von Stahlbändern haben vor allem
zwei Verfahren wesentliche Bedeutung erlangt:
das Feuerverzinken und
das elektrolytische Verzinken (Beschichten).
das Feuerverzinken und
das elektrolytische Verzinken (Beschichten).
In beiden Fällen wird als Ausgangsmaterial Kaltband eingesetzt. Dieses
Kaltband wird in Kaltwalzwerken ausgehend von dickerem Vormaterial,
dem Warmband, mit einer typischen Dicke von 1,5 bis 5 mm auf die
Enddicke von 0,3 bis 2 mm gewalzt.
Bevor das Warmband gewalzt werden kann, muß die im Warmwalz
prozeß gebildete Zunderschicht - eine Oberflächenschicht bestehend
aus verschiedenen Eisenoxiden mit einer typischen Dicke von einigen
(5 bis 20) µm - entfernt werden. Meist geschieht dies durch Auflösen
dieser Schicht in Mineralsäuren z. B. Schwefelsäure oder Salzsäure.
Dieser Prozeß wird Beizen genannt, er wird in diskontinuierlichen oder
kontinuierlichen Beizanlagen durchgeführt. Eine Ausführungsart eines
derartigen Prozesses ist z. B. in der AT 399.517 beschrieben.
Es wird angestrebt einzelne Prozeßschritte in der Herstellung von
Stahlband zu kombinieren um damit Kosten für die notwendigen
Anlagen einzusparen bzw. auch um die Qualität des Produktes zu er
höhen. Z. B. ist es Stand der Technik die oben beschriebenen Beiz-
und Kaltwalzprozesse zu integrieren. Die DE-PS 196 06 305 C1
(Mannesmann) wiederum beschreibt eine Möglichkeit den Warmwalz-
und den Beizprozeß in einer Anlage durchzuführen.
Bei dem beschriebenen Kaltwalzprozeß kommt es zu einer Ver
festigung des Materials, die durch einen anschließenden Glühprozeß
wieder beseitigt werden muß. Dieser Glühprozeß wird diskontinuierlich
in Haubenöfen oder kontinuierlich in Durchlauföfen durchgeführt. Im
Fall der Feuerverzinkung ist der Glüh- und der Beschichtungsprozeß in
einer Bandbehandlungsanlage zusammengefaßt, wobei zuerst der
Glühprozeß durchgeführt wird und dann in einem weiteren Schritt das
Band durch Eintauchen in eine Zinkschmelze mit einer Schicht aus Zink
bedeckt wird.
Eine andere Möglichkeit Zink und andere Metalle auf ein Stahlband
abzuscheiden besteht im elektrolytischen Verfahren. In diesem Fall
wird das Band - meist geglühtes Kaltband - durch ein Bad gezogen, das
Metallionen in Lösung enthält. Das Band wird durch geeignete
Methoden mit dem negativen Pol eines Gleichrichters (der Kathode)
verbunden, während gegenüber dem Band metallische Anoden ange
bracht sind, die mit dem positiven Pol des Gleichrichters verbunden
sind. Durch Aufbringen eines elektrischen Stromes zwischen diesen
Polen werden die Metallionen auf dem Stahlband in metallischer Form
abgeschieden.
Ein derartiges Verfahren ist z. B. in der AT 373.922 beschrieben. Ein
anderes Verfahren, das insbesondere dazu geeignet ist Zink
legierungen aus Chloridelektroden abzuscheiden, weil der Anodenraum
vom Kathodenraum durch ein Diaphragma getrennt ist, ist in der
EP 580 730 (SIKEL) beschrieben.
In den letzten Jahren hat der Herstellungsprozeß für Warmband eine
bedeutende Entwicklung erfahren und es wird möglich immer dünne
res Band direkt durch Warmwalzen zu erzeugen. Es ist daher möglich
dieses Warmband für viele Anwendungen einzusetzen, die früher dem
Kaltband vorbehalten waren. Dadurch ergibt sich aber auch die Not
wendigkeit den Korrosionsschutz bereits auf das Warmband aufzu
bringen. In der JP 91258210 wird daher vorgeschlagen, Warmband
trocken zu entzundern und dann einem Heißverzinkungsprozeß zuzu
führen. Dieser Prozeß weist aber einige Nachteile aut da trockene Ent
zunderungsverfahren aufwendig sind und da die für Kaltband vorteil
hafte Kombination von Glüh- und Feuerverzinkungsprozeß nicht mehr
zielführend ist, weil gar keine Notwendigkeit besteht das Warmband zu
glühen.
Die Erfindung ist somit, dadurch gekennzeichnet, daß das Warmband
kontinuierlich einem chemischen Beizteil und anschließend einem mit
elektrolytischen Zellen versehenen Beschichtungsteil in einer Linie
zugeführt wird.
Eine günstige Weiterbildung der Erfindung ist, dadurch gekennzeichnet,
daß das Band zwischen Beizen und elektrolytischem Beschichten
gespült wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist, dadurch
gekennzeichnet, daß als Beizmedium Salzsäure und als
Beschichtungsmedium ein Chloridelektrolyt verwendet wird, wobei auch
als Beizmedium Schwefelsäure und als Beschichtungsmedium ein
Sulfatelektrolyt verwendet werden kann.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist, dadurch gekenn
zeichnet, daß die in der Beize gebildete eisenhaltige Lösung als
Beschichtungsmedium eingesetzt wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist, dadurch gekenn
zeichnet, daß die aus den Zellen auslaufende Lösung in zumindest
einer Stufe der Beize als Reizlösung eingesetzt wird.
Die Erfindung betrifft auch eine Anlage zur Herstellung eines
elektrolytisch beschichteten Warmbandes. Sie ist dadurch
gekennzeichnet, daß ein chemischer Beizteil mit einem mit
elektrolytischen Zellen versehenen Beschichtungsteil in einer Linie
verbunden wird, wobei der chemische Beizteil und die elektrolytischen
Zellen durch eine Spülung getrennt sein können.
Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, daß beide Prozesse bei
relativ niedrigen Temperaturen von 50 bis 90°C in wäßrigen Lösungen
durchgeführt werden. Dadurch entfällt die Notwendigkeit die gesamte
Masse des Stahlbandes auf Temperaturen von 300 bis 500°C zu
erhitzen, was eine beträchtliche Energieeinsparung zur Folge hat. Im
herkömmlichen Herstellungsprozeß von elektrolytisch beschichtetem
Stahlband ist auch immer zur Vorbehandlung der Bandes eine kurze
Beizung in Säure erforderlich, hauptsächlich um eine gute Haftung der
Schicht auf dem Grundmaterial zu gewährleisten. Weiters ist in der
herkömmlichen Technologie eine Entfettung notwendig, da die
Stahlbänder zum Schutz vor Korrosion während der Zwischenlagerung
eingeölt werden. Diese Prozeßschritte können ebenfalls weggelassen
werden, da beim erfindungsgemäßen Verfahren die Reizung und die
Beschichtung unmittelbar - allenfalls getrennt durch einen Spülteil
aufeinanderfolgen. Dadurch wird eine Einsparung von Chemikalien und
eine Verminderung des Abwasseranfalles bewirkt. Die beim Beizen
erzeugte Eisensulfat- bzw. Eisenchloridlösung kann auch zum Teil,
allenfalls nach Durchlaufen eines Reinigungsprozesses, wie er z. B. in
der AT 400.042 beschrieben ist, dazu verwendet werden um in einem
Elektrolyten zur Abscheidung einer Legierungsbeschichtung, z. B. einer
Zink-Eisen-Legierung als Eisenquelle zu dienen. Der Prozeß für die
Ausführung einer derartigen Beschichtung in einem Chloridelektrolyten
ist z. B. in der AT 397.663 beschrieben.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung in der Figur beschrieben,
die eine Anlage gemäß der Erfindung darstellt.
Unbehandeltes Warmband 1 wird einem chemischen Beizteil 2
zugeführt, der z. B. aus zwei Beizbädern 3, 4 besteht. Diesem Beizteil 2
wird frische Säure 5 beim Bandaustritt zugeführt. Hier ist die Beize mit
einem Beizmedium dargestellt, es können aber auch in den Beizbädern
3, 4 unterschiedliche Säuren verwendet werden. Die verbrauchte Säure
6 wird beim Bandeintritt abgeführt und zu einer Säurereinigungsstufe 7
geleitet. Die Abbeize 8 kann einer Säureregeneration zugeführt
werden, um sie später wieder als Frischsäure den Säurebädern
zusetzen zu können. Nach der chemischen Beize 2 wird das Band in
einem Spülteil 9 von anhaftender Säure gereinigt und unmittelbar
anschließend elektrolytischen Zellen 10 zur Beschichtung zugeführt,
worauf das fertig beschichtete Band 11 die Anlage verläßt und z. B. auf
einen Bund aufgerollt werden kann.
Die Elektrolytzufuhr 12 erfolgt von einer Lösestation 13, in der der
Elektrolyt zubereitet wird. Dazu findet die beim Beizen erzeugte
Eisensulfat- bzw. Eisenchloridlösung 14 nach dem Durchlaufen durch
die Säurereinigungsstufe 7 sowie ergänzende Zufuhr von Zink 15
Verwendung.
In einer Pilotanlage zur elektrolytischen Beschichtung von metallischen
Bändern, die im wesentlichen aus folgenden Aggregaten aufgebaut ist:
Abhaspel, Entfettung, Beize, galvanische Zellen, Spülung, Trockner, Aufhaspel
wurden Bunde von dünnem, verzundertem Warmband mit einer Band breite von 300 mm und einer Dicke von 1 mm eingesetzt. Der Entfettungsteil wurde nicht betrieben.
Abhaspel, Entfettung, Beize, galvanische Zellen, Spülung, Trockner, Aufhaspel
wurden Bunde von dünnem, verzundertem Warmband mit einer Band breite von 300 mm und einer Dicke von 1 mm eingesetzt. Der Entfettungsteil wurde nicht betrieben.
Das Warmband wurde in der Beize mit einer Schwefelsäurelösung mit
20% H2SO4 bei einer Temperatur von 90°C behandelt. Am Ende der
Beizstrecke wurde das Band kurz mit Wasser abgespült. Die galvani
schen Zellen in vertikaler Bauart waren mit unlöslichen IrO2 beschichte
ten Titananoden ausgerüstet. In den Zellen befand sich ein Zinksulfat
elektrolyt mit einem pH-Wert von 1,5 und einer Temperatur von 55°C.
Jede der 4 Anoden (je 2 für die Ober- bzw. Unterseite des Bandes)
waren mit je 3000 A beaufschlagt.
Bei einer Bandgeschwindigkeit von 30 m/min wurde eine Zinkschicht
von ca. 2 µm aufgebracht. Nach den Zellen wurde das Band mit Wasser
abgespült und anschließend getrocknet. Das Produkt wies eine gleich
mäßige, silbrig glänzende Oberfläche auf.
In nachfolgenden Tests zeigt sich eine gute Haftung der Schicht auf der
Oberfläche.
Bei diesem Versuch wurde das Band mit Salzsäure mit einer Konzen
tration von 16% bei einer Temperatur von 80°C gebeizt. Das Band lief
ohne Zwischenspülung in die Galvanikzellen ein. Diese waren mit lös
lichen Zinkanoden in Form von Streifen bestückt. Der Elektrolyt war ein
Zinkchloridelektrolyt mit einem pH-Wert von 3. Trotz eines Eisen
gehaltes von ca. 5 g/l wurde eine reine Zinkschicht abgeschieden. Die
Oberfläche war noch heller als bei der Beschichtung aus dem Sulfat
elektrolyten. Die Haftung der Schicht wurde als sehr gut bewertet.
Metallographische Untersuchungen zeigten auch, daß der Beizprozeß
vollständig verlaufen war, es waren keine Zunderreste feststellbar.
In diesem Versuch wurde die Lösung aus der Beizsektion, die mit Salz
säure betrieben wurde und die etwa folgende Zusammensetzung auf
wies: 100 g/l Fe, 60 g/l HCl, Gesamtchloride 190 g/l über eine Löse
station gepumpt in der sich Zinkgranalien befanden.
Nach dem Löseprozeß war der Rest der Salzsäure durch Auflösen von
Zink verbraucht. Die Lösung wies folgende Analyse auf: Fe: 100 g/l,
Zn 54 g/l, Chloride 190 g/l. Diese Lösung wurde im Galvanikteil als
Elektrolyt eingesetzt. Die Zellen waren mit unlöslichen Anoden und
einem Diaphragma ausgerüstet. Durch Anlegen eines Stromes wurde
dann eine Zink-Eisenschicht auf dem Band abgeschieden. Die Analyse
des Eisengehaltes in der Schicht ergab Werte zwischen 11 und 13%.
Im weiteren Verlauf des Versuches wurde die Lösung aus der galvani
schen Zelle in den Beizteil geleitet. Es zeigte sich, daß die im Galvanik
teil gebildete freie Säure im Beizteil dazu verwendet werden kann um
Zunder aufzulösen.
Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung eines elektrolytisch beschichteten Warm
bandes, dadurch gekennzeichnet, daß das Warmband kontinuierlich
einem chemischen Beizteil und anschließend einem mit elektrolytischen
Zellen versehenen Beschichtungsteil in einer Linie zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Band
zwischen Beizen und elektrolytischem Beschichten gespült wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als
Beizmedium Salzsäure und als Beschichtungsmedium ein Chlorid
elektrolyt verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als
Beizmedium Schwefelsäure und als Beschichtungsmedium ein Sulfat
elektrolyt verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die in der Beize gebildete eisenhältige Lösung als
Beschichtungsmedium eingesetzt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die aus den Zellen auslaufende Lösung in zumindest
einer Stufe der Beize als Beizlösung eingesetzt wird.
7. Anlage zur Herstellung eines elektrolytisch beschichteten Warm
bandes, dadurch gekennzeichnet, daß ein chemischer Beizteil (2) mit
einem mit elektrolytischen Zellen (10) versehenen Beschichtungsteil in
einer Linie verbunden wird.
8. Anlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der
chemische Beizteil (2) und die elektrolytischen Zellen (10) durch eine
Spülung (9) getrennt sind.
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