DE2033565B2 - Verfahren zum schmelzflussigen Überziehen eines eisenhaltigen Metallbandes mit einer Metallschicht - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum schmelzflüssigen Überziehen eines eisenhaltigen Metaübandes mit einer gegenüber dem Rand in Bandmitte dickeren Metallschicht, bei dem das Band zuerst gereinigt, seine Temperatur auf diejenige der Metallschmelze gebracht, dann durch das Bad geführt und vertikal ausgebracht wird, wobei zum Abstreifen überschüssigen Metalls über dem Bad ein an der Schmalseite teilweise konstruierter Strahl eines gasförmigen Fluids mit im wesentlichen laminarer Strömung auf das Band gerichtet wird.

Beim Überziehen eines Metallbandes mit einem flüssigen Metall wird dieses in der Regel nach eines* vorhergehenden Reinigung und nach dem Erhitzen aui die Temperatur des geschmolzenen Metallbades durch ein Bad des geschmolzenen Überzugsmetalls geführt: und aus diesem wieder ausgebracht. Dabei bleibt am seiner Oberfläche ein bestimmter Teil des geschmolzenen Metallbades haften, der nach dem Abkühlen den Bandüberzug bildet Dieser Überzug ist jedoch in der Regel sehr ungleichmäßig, so daß das Band beim Austreten aus der flüssigen Beschichtungsmetallschmelze einer Behandlung unterzogen werden muß, um dem Überzug die gewünschte Gleichmäßigkeit zu verleihen. Dies geschieht in der Regel dadurch, daß man auf das Band mit dem daran haftenden flüssigen Metallüberzug nach dem Austreten desselben aus der Beschichtungsmetallschmelze einen Gasstrahl richtet, der einen Teil des daran haftenden Überzugsmetalls abschert, so daß ein gleichmäßigerer Bandüberzug erhalten wird (vgl. z. B. die belgische Patentschrift 7 20 805 und die französischen Patentschriften 15 53 343 und 8 73 608). Aus der französischen Patentschrift 15 31347 ist es ebenfalls bereits bekannt, daß durch Verwendung eines scharf begrenzten Gasstrahles ein Abwischeffekt für das überschüssige schmelzflüssige Metall auf dem zu beschichtenden Substrat erzielt werden kann.

Aus den bitischen Patentschriften 10 71572 und 11 31 951 sind Maßnahmen und Einrichtungen bekannt, mit deren Hilfe es möglich ist, ein mit einem schmelzflUssigen Metallüberzug versehenes Band an dem Auftreffpunkt des Fluidstrahls flach zu halten. Zu diesem Zweck wird das Band unter Spannung zwischen den Fluidstrahldüsen hindurchgeleitet, um es flach zu halten und um Schwingungen zu unterbinden. Von einer Konturierung des Fluidstrahles, um einen Metallüberzug mit einer von der Mitte zu den Rändern des Bandes sich ändernden Dicke zu erzielen, ist darin jedoch nicht die Rede. Aus den US-Patentschriften 29 40418,21 39 628 und

ίο 33 14 163 ist es ferner bereits bekannt, den Querschnitt von Fluidstrahldüsen zu verändern. So ist beispielsweise aus der US-Patentschrift 29 40 418 eine Einrichtung zur Steuerung der Größe, Richtung und Anordnung des Schlitzes, aus dem ein Luftstrom austritt, beschrieben.

Dadurch werden jedoch nur Veränderungen der Sciilitzbreite erzielt die sich gleichmäßig über die gesamte Breite erstrecken, d. h. von einer Konturierung der Schlitzöffnung im Sinne einer Verbreiterung von der Mitte zu den Rändern hin ist darin nicht die R«;de. In der US-Patentschrift 21 39 628 sind Lippenelemente beschrieben, mit deren Hilfe es möglich ist, die Breite der öffnung einer Fluidstrahldüse zwischen den Lippen gleichmäßig, d. h. sowohl in dem Mittelabschnitt als auch in den Randabschnitten der Düse, zu verändern. Auch in diesem Falle ist von einer Konturierung des Düsenquerschnittes in dem vorstehend angegebenen Sinne nicht die Rede. Dies gilt auch für die in der US-Patentschrift 33 14 163 beschriebenen Düsenkörper, deren Lippenwände sich geringfügig nach auBen biegen, so daß die Austrittsöffnung von den Enden des Düsenkörpers transversal nach innen zunehmend größer werden kann, wobei dieser Mangel durch entsprechende Einstellung der Druckerzeugungsvorrichtung so korrigiert werden kann, daß die Düsenöffnung über die gesamte Breite

gleichmäßig gehalten wird. Auch in diesem Falle ist von einer Konturierung in dem oben angegebenen Sinne nicht die Rede, ja es wird sogar von einer solchen Konturierung abgeraten, da es als zwingend erforderlich angesehen wird, die Breite der Düsenöffnung

gleichmäßig zu halten.

Aus der französischen Patentschrift 15 63 457 ist schließlich ein Verfahren zum schmeizflüssigen Überziehen eines eisenhaltigen Metallbandes bekannt, bei dem zur Erzielung eines scharf begrenzten Fluidstrahles eine Düse verwendet wird, die so gestaltet ist, daß der Düsenschlitz an den Stellen, an denen das zu beschichtende Band sich durch Wölbung von der Düse weiter entfernt, verengt ist. Dadurch soll ein möglichst gleichmäßiger Metallüberzug auf dem Band erzielt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, ein schmelzflüssiges Überziehen eines eisenhaltigen Metallbandes so durchzuführen, daß der Überzug in der Bandmitte dicker ist als an den Rändern.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum schmelzflüssigen Überziehen eines eisenhaltigen Metallbandes mit einer gegenüber dem Rand in Bandmitte dickeren Metallschicht, bei dem das Band zuerst gereinigt, seine Temperatur auf diejenige der Metallschmelze gebracht, dann durch das Bad geführt und vertikal ausgebracht wird, wobei zum Abstreifen überschüssigen Metalls über dem Bad ein an der Schmalseite teilweise konturierter Strahl eines gasförmigen Fluids mit im wesentlichen laminarer Strömung auf das Band gerichtet wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Band mittels einer in das Metallbad eintauchenden Walze, die gegen das Band drückt, oder durch Spannen des Bandes flach gehalten wird und der

Überzugsdickengradient von der Mitte zu den Rändern hin durch einen Fluidstrahr eingestellt wird, dessen Schmalseite sich von der Mitte zu den Rändern hin auf mindestens 150% verbreitert.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es nicht nur möglich, die Dicke eines Metallüberzugs auf einem Eisenband so zu gestalten, daß der Oberzug in der Mitte des Bandes dicker ist als an den beiden Rändern, sondern damit ist es auch möglich, auf technisch einfache und wirtschaftliche Weise die bisher stets zu beobachtende Oxidperlenbildung an den Rändern der beschichteten Bänder auf zuverlässige Weise zu vermeiden durch entsprechende Konturierung des auf das beschichtete Band auftreffenden Fluidstrahls. Es stellt einen erheblichen technischen Fortschritt dar, der in der Praxis ins Gewicht fällt und auch für den Fachmann nicht vorhersehbar war.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Beschichtungsvorganges bei Durchführung des erfindungsgemä-8en Verfahrens;

F i g. 2 eine schematische Darstellung, bei der auf der linken Seite ein Teil des Meniskus, der durch die von dem sich bewegenden Band aus dem Bad mitgenommene Metallschmelze gebildet wird, und auf der rechten Seite die Wirkung des laminar strömenden Fluidstrahls bei der Nachbehandlung des schmelzflüssigen Überzugs dargesieüi sind;

F i g. 3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der den Fluidstrahl erzeugenden Düsenöffnung;

F i g. 4 eine schematische Darstellung des Überzugsmetallbades und des aus diesem austretenden Bandes in der Draufsicht und zwar in einem Zustand, der vermieden werden soll; und

Fig.5 eine ähnliche schematische Darstellung wie Fig.4, wobei diesmal jedoch die Bandoberfläche in einem Zustand gezeigt wird, der sich bei der erfindungsgemäßen Verwendung des Fluidstrahls einstellt

Die Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Band 10 aus dem zu beschichtenden eisenhaltigen Grundmetall, das von einer Spule 11 abgewickelt und durch eine Reinigungseinheit 12 geführt wird. Die Reinigungseinheit 12 kann entweder unter Verwendung von Chemikalien oder unter Einwirkung von Wärme arbeiten, wobei im letzteren Falle das Band in einer oxidierenden Atmosphäre erhitzt wird, so daß sich ein verbreitete Sendzimir-Verfahren, das in der Fachliteratur ausführlich beschrieben ist Die vorstehend beschriebene Vorbehandlung stellt nur ein Beispiel für zahlreiche andere geeignete Vorbehandlungsverfahren dar.

Wenn das Band aus dem Metallbeschichtungsbad austritt, nimmt es eine bestimmte Menge des geschmolzenen Beschichtungsmetalls mit Diese mitgenommene Menge kann gesteuert werden durch die Oberflächen glätte des Bandes oder durch die Bandgeschwindigkeit Eine rauhe Bandoberfläche nimmt natürlich größere Mengen an geschmolzenem Beschichtungsmetall mit als eine glatte Oberfläche, während andererseits bei einer hohen Bandgeschwindigkeit ebenfalls größere Mengen an geschmolzenem Beschichtungsmetall mitgenommen werden als bei einer niedrigen Beschichtungsgeschwindigkeit

Die Fig.2 zeigt das zu beschichtende Band 10 und den normalen Spiegel 17 des geschmolzenen Metalls in dem Bad. Wenn man die linke Seite des Bandes 10 betrachtet, so ist festzustellen, daß dr sich bewegende Band eine bestimmte Menge an geschmolzenem Beschichtungsmetall in Form eines sich über den normalen Badspiegel 17 hinaus erstreckenden Meniskus 18 mitnimmt

Ein sich verjüngender, praktisch laminar strömender Fluidstrahl 19 wird an einer Stelle auf das noch schmelzflüssige Überzugsmetall gerichtet, an der die Dicke des Überzugsmetaiis noch größer ist als erwünscht Der Fluidstrahl bewirkt eine saubere Abscherung des schmelzflüssigen Überzugsmetalls, so daß der äußere Teil desselben, wie im rechten Teil der F i g. 2 durch die Ziffer 20 dargestellt in das geschmolzene Metallbad zurückfließt, während die gewünschte

Menge an Überzugsmetall an dem zu beschichtenden Band haften bleibt Dabei übt der Fluidstrahl eine glättende Wirkung auf den Metallüberzug an der Aufprallstelle aus und kann sogar zu einer geringen aber merklichen Absenkung der Badoberflächn be^; 20a führen. Das auf dem Band verbleibende noch schmelzflüssige Überzugsmetall wird anschließend in üblicher Weit; zum Erstarren gebracht, worauf das überzogene Band bei 21 zum Versand oder zur Weiterbehandlung aufgerollt wird.

Der erfindungsgemäß verwendete Fluidstrahl weist eine im wesentlichen laminare Strömung auf, da Druckschwankungen oder Turbulenzen in dem Fluidstrahl zu Oberflächendefekten auf dem zu beschichtenden Band führen können. In den Randbereichen strömt

dünner homogener Oxidüberzug auf dem Band bildet. In 50 der Fluidstrahl mit praktisch der gleichen Geschwindig

jedem Falle wird das Band anschließend einem kontinuierlich arbeitenden Glüh- und Reduktionsofen 13 zugeführt Darin werden sämtliche durch die Reinigungseinheit 12 auf der Oberfläche des Grundmetalls erzeugten Oxide zu einem dünnen Überzug aus naszierendem Eisen reduziert.

Das Band 10 wird in einer Kühlzone des Ofens etwa auf die Temperatur des Metallschmelzbades abgekühlt und anschließend aus dem Ofen einem Schacht 14 zugeführt, in welchem eine neutrale oder reduzierende Atmosphäre vorherrscht. Das Ende des Schachtes 14 taucht in die Metallschmelze in dem Bad 15 ein. Das aus dem Schacht 14 austretende Band 10 wird um eine Senkerwalze 16 herum an einer Stabilisatorwalze 16a vorbeigeführt und tritt schließlich aus dem Schmelzbad in senkrechter Richtung aus.

Bei dem vorstehend beschriebenen Oxidations-Reduktions-Verfahren handt ft es sich um das heute weit keit wie in den inneren Schichten. Dadurch wird nur ein Minimum an umgebender Atmosphäre mitgerissen, was auf das völlige Fehlen jeglicher Turbulenzen zurückzuführen kt

Der Fluidstrahl sollte mit einem ausreichend niedrigen Druck betrieben werden, damit der Druckabfall zwischen der inneren und äußeren Atmosphäre keine Turbulenz verursacht. Dabei muß der Innendruck weniger als 50% des Druckes außerhalb der Düse betragen, um sicherzustellen, daß sich das Fluid innerhalb des Düsenkörpers vollständig expandiert. Ein solcher Fluidstrahl fließt mit Unterschallgeschwindigkeit.

Vorzugsweise wird eine konvergente Düse verwendet, die so konstruiert ist, daß die maximale Geschwindigkeit des FluidstralhS an der Austrittsstelle aus der Düse und nicht innerhalb der Düse oder außerhalb der Düse erreicht wird. Dadurch wird nur eine minimale

Turbulenz ei zeugt.

Die Dicke des auf dem Band nach dem Durchführen durch die Metallschmelze und nach dem Auftreffen des Fluidstrahls verbleibenden Metallüberzugs und damit das Überzugsgewtcht lassen sich durch die Menge der aus dem Bad durch das sich bewegende Band mitgenommenen Metallschmelze und durch die Menge der durch den Fluidstrahl abgescherten und in das Bad zurückgeführten Metallschmelze steuern.

Wie bereits erwähnt, ist die Menge des aus dem Bad durch das sich bewegende Band mitgeschleppten Metalls eine Funktion der Bandgeschwindigkeit, des Oberflächenzustandes des Bandes, der Viskosität des schmelzflüssigen Überzugsmetalls und der Dichte des Überzugsmetalls. Die Kombination dieser Faktoren bestimmt die Form des in F i g. 2 schematisch dargestellten Meniskus 18.

Die Menge des durch den Fluidstrahl abgescherten und in das Bad zurückgeführten, noch schmelzflüssigen Überzugsmetalls hängt ab von der Geschwindigkeit des Fluidstrahls, dem Geschwindigkeitsgradienten über den Fluidstrahlquerschnitt, der Abmessung des Fluidstrahls. der Entfernung zwischen Düse und Band, der Höhe der Auftreffstelle des Fluidstrahls über dem Band und dem Auftreffwinkel.

Die Fluidstrahlgeschwindigkeit ist, wenn sie unter der Schallgrenze liegt, proportional zur Quadratwurzel des Druckgefälles. Der Geschwindigkeitsgradient über den Querschnitt des Fluidstrahls hängt von der genauen Gestaltung der Düse ab. Der Wischeffekt des Fluidstrahls ist proportional zur Düsenöffnung, so daß ein breiterer Düsenquerschnitt eine größere Wisch- oder Abscherwirkung zur Folge hat. Die Wisch- oder Abscherwirkung des Fluidstrahls schwankt etwa mit dem Quadrat der Entfernung zwischen Düse und Band. Die Höhe und der Auftreffwinkel des Fluidstrahls bestimmen die Stelle, an welcher der Meniskus des Überzugsmetalls abgeschert wird. Damit steuern alle diese Faktoren sowohl die Menge des auf dem Band verbleibenden Metallüberzugs als auch die Menge des in das Bad zurückgeführten Metalls.

Dur^h die erfindungsgemäß vorgesehene feste Konturierung des Fluidstrahls läßt sich das Problem des Auftretens von Oxidperlen oder dicken Überzugsmetallwülsten an den Bandrändern ausschalten. Dabei ist es häufig zweckmäßig, einen Metallüberzug auf ein Band aufzubringen, der an den Rändern dünner ist als in der Mitte des Bandes. So hat es sich im Falle eines Zinküberzugs einer normalen Stärke von 3,05 g/dm² Band als zweckmäßig erwiesen, daß der Zinkiiberzug in der Bandmitte eine Dicke von 3,05 g/dm² aufweist, während er an der. Bandrändern nur eine Dicke von 2J57 g/dm² besitzt.

Um eine optimale Gestaltung des Querschnitts des Metallüberzugs und damit eine optimale Überzugsgewichtsverteilung zu erzielen, wird der Querschnitt der Fluidstrahldüse zweckmäßig in der in F i g. 3 dargestellten Form gestaltet Da der Druck des Fluids innerhalb der Düse konstant ist, lassen sich durch Verbreitung der Düsenöffnung die Strömungsmenge des Fluidstrahls und die Durchschnittsgeschwindigkeit des Fluidstrahls erhöhen. Dadurch nimmt die Wischkraft des Fluidstrahls vom Zentrum der Düse zu ihren Rändern hin zu. Dadurch ist es möglich, eine optimale Metallüberzugsgewichtsverteilung zu erzielen und die Entstehung von Oxidperlen zu vermeiden. Durch die Gestaltung des Querschnitts der erfindungsgemäß verwendeten Fluidstrahldüse ist es möglich, den Metallüberzug in der Bandmitte stärker zu machen als an den Bandrändern und dadurch die beim Aufwickeln eines solchen metallbeschichteten Bandes auftretenden Schwierigkeiten zu vermeiden. Der dabei erzielte Effekt ist in den F i g. 4 und 5 dargestellt.

Bei dem in der Fig.4 schematisch in Form einer Draufsicht dargestellten Bad aus geschmolzenem Metall tritt das zu beschichtende Band gerade aus der Metallschmelze aus. In dieser Figur ist die Entstehung

ίο von Oxidperlen an den Rändern des Bandes zu erkennen. Das Bad 24 weist unmittelbar neben den beiden Hauptflächen des Bandes 22 eine blanke, oxidfreie Oberfläche auf, während die restliche Oberfläche des Bades 24 mit schwerer Oxidschlacke bedeckt ist.

Diese Oxidschlacke erstreckt sich praktisch bis zu den Rändern des Bandes, wie dies bei 25 angedeutet ist. Diese Erscheinung führt dazu, daß an den Bandrändern eine etwas dickere Schicht abgelagert wird als in der Bandmitte. Wie bereits erwähnt, führt ein solcher

2d Verfahrensablauf häufig zu einer lokalen Ausbildung extrem dicker Schichten und zur Entstehung von Oxidkörnern auf den Bandrändern.

Die durch die erfindungsgemäß angewendete Konturierung der Fluidstrahldüse erzielbaren Ergebnisse sind

?ϊ in der Fig. 5 dargestellt. Daraus geht hervor, daß wie bei 26 dy.rgestellt auch im Bereich der Bandränder eine blanke Badoberfläche 23 erhalten wird. In jedem Falle muß die LWsenöffnung an dem Rand mindestens 150% der Düsenöffnung in der Mitte betragen. Laborversuche

in haben gezeigt, daß bei Verwendung von Zink als Beschichtungsmetall ein Mindestrückfluß von etwa 55 g/min/cm Bandbreite erforderlich ist, um einen zufriedenstellenden Überzug zu erzielen.

Auf einer handelsüblichen, mit einer Geschwindigkeit

li von 30,5 bis 91,5 m/min arbeitenden Zinkbeschichtungsanlage wurde unter den folgenden Betriebsbedingungen ein störungsfreier Ablauf des Verfahrens erzielt: Die Öffnung einer 1,83 m breiten Düse betrug in der Mitte 0.19 cm und an den Rändern 033 cm. Die Zunahme von

■in der Mitte zu den Rändern hin war im wesentlichen linear. Der bevorzugte Auftreffwinkel des Fluidstrahls auf das zu beschichtende Band (gemessen gegen eine senkrechte Ebene zur Bandoberfläche) beträgt nominell 0° und er kann 2° nach oben und 5° nach unten

*·> variieren.

Der Abstand zwischen dem Düsenende und dem zu beschichtenden Band kann 1,27 bis 635 cm betragen. Wie bereits erwähnt, ist bei im übrigen gleichen Bedingungen das Gewicht des fertigen Metallüberzugs

ίο um so geringer, je geringer der Abstand zwischen H»r Düsenkante und dem Band ist. Die Höhe über dem Bad an der Auftreffstelle des Fluidstrahls kann zwischen 7,6 und 45,7 cm betragen. Die Lintergrenze bestimmt sich durch die Stelle, an welcher ein Verspritzen der überschüssigen Metallschmelze auftritt Die Obergrenze wird von der Bandgeschwindigkeit und dem gewünschten Überzugsgewicht bestimmt

Der Druck des Fluidstrahls kann zwischen 163 und 49Zl g/cm² liegen.

so Der erfindungsgemäß verwendete Fluidstrahl kann aus irgendeinem der verschiedenen fließfähigen Medien, beispielsweise aus Wasserdampf, Luft und dgl. bestehen. Das fließfähige Medium sollte auf 315⁰C oder höher erhitzt sein.

si Wie bereits erwähnt, ändert sich der Abwisch- oder Abschereffekt des Fluidstrahls mit dem Abstand zwischen Düse und Band. Daher ist es erforderlich, daß der Fluidstrahl auf ein vollkommen ebenes Band

auftriffL Dies wird dadurch erzielt, daß an der Auftreffstelle mittels einer Senkerwalze 16 oder mittels einer Stabilisatorwalze 16a (vgl. Fig.l) oder durch Anlegen einer Spannung an das Bund letzteres flach gehalten wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch;

   Verfahren zum schmelzflßssigen Oberziehen eines eisenhaltigen Metallbandes mit einer gegenüber dem Rand in Bandmitte: dickeren Metallschicht, bei dem das Band zuerst gereinigt, seine Temperatur auf diejenige der Metallschmelze gebracht, dann durch das Bad geführt und vertikal ausgebracht wird, wobei zum Abstreifen überschüssigen Metalls über dem Bad ein an der Schmalseite teilweise konstruierter Strahl eines gasförmigen Fluids mit im wesentlichen laminarer Strömung auf das Band gerichtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Band mittels einer in das Metallbad eintauchenden Walze, die gegen das Band drückt, oder durch Spannen des Bandes flach gehalten wird und der Überzugsdickengradient von der Mitte zu den Rändern hin durch einen Fluidstrahl eingestellt! wird, dessen Schmalseite sich von der Mitte zu den Rändern hin »ui mindestens 150% verbreitert