DE2339916A1 - Verfahren zum beschichten von eisendraht, -band oder -litze mit metall - Google Patents
Verfahren zum beschichten von eisendraht, -band oder -litze mit metallInfo
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Description
BETHLEHEM STEEL CORPORATION, Bethlehem, Pennsylvania, VStA
Verfahren zum Beschichten von Eisendraht, -band
oder -litze mit Metall
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Beschichten von Eisendraht, -band oder -litze mit Metall, und sie
betrifft insbesondere ein Verfahren zur Behandlung von
Eisendraht, -band oder -litze, wie z.B. kontinuierliches
Band oder Draht, und zur Steuerung der BeSchichtungsbedingungen zum Zwecke der Vermeidung von Beschichtungsfehlern, wie z.B. Porenbildung und unbedeckten Flecken, vor dem
Eintauchen dieses Drahtes oder des Bandes in ein Gefäß mit dem geschmolzenen Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, wie z.B. Aluminium-Zink. Diese Erfindung kann ganz allgemein auf Band- oder Drahtmaterial angewendet werden, jedoch liegen die größten Vorteile in der Anwendung auf die
Herstellung von kontinuierlichem Band- oder Drahtmaterial.
betrifft insbesondere ein Verfahren zur Behandlung von
Eisendraht, -band oder -litze, wie z.B. kontinuierliches
Band oder Draht, und zur Steuerung der BeSchichtungsbedingungen zum Zwecke der Vermeidung von Beschichtungsfehlern, wie z.B. Porenbildung und unbedeckten Flecken, vor dem
Eintauchen dieses Drahtes oder des Bandes in ein Gefäß mit dem geschmolzenen Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, wie z.B. Aluminium-Zink. Diese Erfindung kann ganz allgemein auf Band- oder Drahtmaterial angewendet werden, jedoch liegen die größten Vorteile in der Anwendung auf die
Herstellung von kontinuierlichem Band- oder Drahtmaterial.
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Dementsprechend wird die weitere Beschreibung an Hand der Behandlung eines derartigen Bandes gegeben. Diese Tatsache
sollte jedoch nicht eine Einschränkung der Erfindung bedeuten.
Gegenstände aus Eisen, die mit einem metallischen Belag aus Nichteisenmaterial überzogen worden sind, werden bereits
lange schon in gering korrosiver Umgebung mit Vorteil verwendet. Typischerweise erhalten diese Gegenstände
ihre mechanische Stabilität von dem Eisenkern, während das Beschichtungsmaterial die Korrosionsbeständigkeit liefert.
Eine optimale Korrosionsfestigkeit wird erhalten, wenn die Schutzschicht gleichmäßig und'kontinuierlich ist.
Hieraus folgt, daß ein sauberes Eisenband und wirksame Be-Schichtungsbedingungen
zur Erzielung optimaler Korrosionsfestigkeit erforderlich sind.
Bei bekannten Verfahren, insbesondere bei der Heißtauchbeschichtung
von Stahl mit Aluminium, wurde bereits erkannt, daß es notwendig ist, vor dem Eintauchen in das Schmelzbad
ein sauberes, besonders sauerstofffreies Band zu schaffen.
Das Aluminium würde nicht haften, wenn Sauerstoff auf der Oberfläche vorhanden ist; daher treten sonst unbedeckte
Flecken auf. Weiterhin führte Oberflächenoxydation des Bades an dem Eintrittspunkt des Bandes zu den oben beschriebenen
Fehlern. Es wurden Arbeitsverfahren beschrieben, die Versuche darstellten, um diese unerwünschten Folgen zu vermeiden.
Leider waren diese nicht immer wirksam, da sogar die geringste Feuchtigkeitsmenge an dem Eintauchpunkt des
Bandes in das Bad zu unbedeckten Stellen und/oder Porenbildung führte, was das Vorhandensein von Oberflächenoxid
anzeigte.
Das US-Patent Nr. 3 051 587 von Coburn stellt einen derartigen
bekannten-Versuch dar. In dem Patent wird ein Verfahren zum Hindurchleiten des Eisenbandes direkt vor sei-
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nem Eintauchen in das geschmolzene Aluminiumbad durch
eine Atmosphäre von Natrium als ein Mittel zum Entfernen von Sauerstoff und Wasserdampf an der Bandeintrittsstelle
beschrieben. Teshima et al., schlagen in dem US-Patent Nr. 3 027 269 vor, das Problem der Leerstellen und Poren
dadurch zu lösen, daß' eine dünne Schicht aus einer wäßrigen Lösung, die aus einer Alkalimetallverbindung besteht, auf
das Eisenband aufgebracht wird, daß dieses in situ getrocknet wird und daß das auf diese Weise beschichtete Band einer
reduzierenden Atmosphäre vor dem Eintauchen in ein Aluminiumbad unterworfen wird.
Jedoch erwies sich keines dieser Verfahren als völlig wirksam. Aufgrund der sehr starken Affinität von Aluminium zu
Sauerstoff griffen selbst die geringsten Mengen Sauerstoff oder V/asserdampf wenigstens die Badoberfläche und das hindurchgeleitete
Band an.
Durch die vorliegende Erfindung wird ein wirksames Verfahren zur Herstellung von Eisendraht, -band oder -litze beschrieben,
das auf seinen Oberflächen eine gleichförmige Beschichtung aus Aluminium mit bis zu 75 Gewichtsprozent Zink enthält,
die frei von Poren und unbedeckten Flecken ist.
Zur Durchführung der Erfindung wird ein verbessertes Verfahren
beschrieben, um mit Aluminium oder Aluminium-Zink beschichteten Eisendraht, -band oder -litze herzustellen, der
frei von Poren und unbedeckten Flecken ist. Während im allgemeinen derartige Fehler von nichtreduzierten Oxiden herrühren,
die auf dem Eisenmaterial verblieben sind, bestand die größte Schwierigkeit darin, die Oxydation der Badoberilache
an dem Punkt zu vermeiden, wo der Draht, das Band oder die Litze in dieses Bad eintauchte. Sogar die Anwesenheit
kleinster Mengen Sauerstoff oder V/asserdampf bereiteten Schwierigkeiten.
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In der Erfindung wird dieses Problem'durch Spülen des in
das Bad eintauchenden Eisenbandes (oder Drahtes oder Litze) in einem im Gegenstrom fließenden, erhitzten, trockenen
reduzierenden Gas gelöst. Vorteilhafterweise wird ein reduzierendes
Gas, das wenigstens 20 V0I56 7/asserstoff, wobei
der Rest Stickstoff ist, mit einem Taupunkt, der nicht größer als -17,78 0C (0 0F) ist, auf eine Temperatur
von vorzugsweise etwa 482,2 bis 621, 1 0C (900-1150 0F) erhitzt
und in das Einführungsmundstück für das in das Bad einzutauchende Band oder die Schutzhaube eingeleitet, um
über das Bad zu strömen und dessen Oberfläche zu berühren und dann im Gegenstromverfahren an dem sich bewegenden
Eisenband entlangzuströmen, wo es insbesondere in den Aufheizofen zurückströmt und abgepumpt, verbrannt oder wieder
dem Kreislauf zugeführt wird.
Die beigefügte Figur stellt einen vereinfachten teilweisen Heißtauchbeschichtungsverlauf dar, bei dem die Bandbehandlung
und Beschichtungssteuerung gemäß der Erfindung angewendet wird.
Ein typisches Heißtauchbeschichtungsverfahren, das seit Jahren verwendet wird, ist z.B. in dem US-Patent 2 110 893
von T. Sendzimir beschrieben. In diesem Verfahren wird das Eisenband zuerst durch einen oxydierenden Ofen geleitet, um
Oberflächenöle usw. zu verbrennen und eine dünne gleichmäßige Schicht von Oxiden auf der Oberfläche zu erhalten. Das
Band wird dann durch einen reduzierenden Ofen geleitet, um diese Oxide zu reduzieren und die Oberfläche zu säubern,
damit sie die Beschichtung aus geschmolzenem Metall aufnehmen kann. Von diesem Ofen kommend, wird das Band unter einer
neutralen oder, reduzierenden Atmosphäre durch eine Schutzzone oder ein Mundstück in das geschmolzene Beschichtungsbad
geleitet. Das Mundstück taucht im allgemeinen in das Bad ein, so daß das Band keine Zeit hat, der Atmosphäre
ausgesetzt z\: werden, wenigstens nicht zwischen dem reduzierenden
Ofen und der Beschichtung.
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Seit der Einführung dieses Systems der Beschichtung sind verschiedene Verbesserungen und Abwandlungen gemacht worden.
Z.B. sind Aufheizöfen in Kombination mit oder als Alternative zu der Bandoxydationsstufe vorgesehen worden.
Jedoch sind in allen Fällen die begrenzten Eigenschaften der Beschichtung selbst im wesentlichen gleichgeblieben.
Die Erfindung ist ebenfalls auf die Verbesserung in dieser Hinsicht gerichtet.
Das Beschichtungsverfahren wird nun näher beschrieben, und zwar wird es unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur arläutert.
Das unbeschichtete Eisenband wird zuerst von einer (nicht dargestellten) Vorratsrolle abgezogen und in einen
Ausheizofen 10 eingeführt. Von hier aus wird das Band durch eine Haltezone 12 und endlich in den Kühlungsabschnitt 14
geleitet, wo die Temperatur des Bandes auf eine Temperatur verringert wird, die nicht höher als etwa die des geschmolzenen
Bades ist. Die Bandtemperatur ist z.B. bei einer Aluminiumverarbeitung, wie sie dem Fachmann bekannt ist, etwa
648,9 °C (1200 0F). Bei einer Verarbeitung von 25 bis 70 Al,
mit dem Rest Zn, würde die Bandtemperatur zwischen etwa 482,2 und 648,9 °C (900 und 1200 0F) variieren.
Von dem Kühlabschnitt 14 wird das Band sofort in die Schutzhaube 16 geleitet und von dort wird es in den Behälter 18
geführt, der das geschmolzene Aluminium 20 oder eine Aluminiumlegierung enthält. Typischerweise verbleibt das Band
in dem geschmolzenen Bad etwa 3 bis 8 see und taucht für eine anschließende Behandlung auf, wie z.B. schnelles oder
langsames Abkühlen, Aufheizen oder eine sich anschließende Kombination aus derartigen Verfahren. In jedem Fall bildet
eine solche sich anschließende Behandlung keinen Teil der Erfindung selbst, sondern wird nur zum Verständnis des allgemeinen
Zusammenhangs für die Erfindung angegeben.
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¥ie oben "bereits gesagt, taucht das Ausgangsende 22 der
Schutzhaube 16 unterhalt der Oberfläche in das geschmolzene Bad ein, so daß das Band davor geschützt wird, daß es
der Atmosphäre ausgesetzt wird. In die Schutzhaube 16 wird über Leitungen 24, 24a ein trockenes reduzierendes Gas eingeleitet,
das wenigstens 28 Vol% Wasserstoff, mit dem Rest Stickstoff, enthält und einen Taupunkt aufweist, der nicht
höher als etwa -17,78 0C (0 0F), vorzugsweise nicht über
-20,0 0C (-4 0F) liegt. Das Gas wird jedoch vor seinem Einleiten
in diese Schutzhaube auf eine Temperatur über etwa 399 0C (750 0F), vorzugsweise zwischen etwa 482 0C und
etwa 421 0C (900 0F bis etwa 1150 0F) erhitzt. Obgleich
ein spezielles Verfahren zum Erhitzen des Gases nicht dargestellt ist, soll bemerkt werden, daß unabhängige Vorrichtungen
vorgesehen werden können oder daß das Gas durch eine Rohrschlange geleitet werden kann, die innerhalb des Ausheizofens
10 angeordnet ist.
Da die Badoxydation innerhalb der Schutzhaube 16 die größte
Problemquelle zu sein scheint, sind die Zuleitungen 24, 24a nahe dem eintauchenden Ende 22 angeordnet, so daß das eintretende
erhitzte Gas gezwungen wird, zuerst über die Badoberfläche zu strömen und dann im Gegenstrom zu der Bewegung
des Bandes in den Ausheizofen 10 zu strömen. Von hier kann das Gas abgepumpt, verbrannt oder für eine weitere Verwendung
wieder in den Kreislauf eingeführt werden. Die Durchflußmenge des Gases in die Schutzhaube 16 richtet sich
nach der Kapazität des Gefäßumfangs von dieser Schutzhaube bis zu dem Ausheizofen, und sie wird· so gewählt, daß ein
vollständiger Volumenaustausch alle 30 bis 60 min stattfindet.
Obgleich hier keine Festlegung auf irgendeine Theorie vorgenommen werden soll, wurde jedoch gefunden, daß geschmolzene
Bäder, die größere Mengen Aluminium enthielten, in hohem Maße für den Einfluß von geringsten Sauerstoffmengen in der
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Größe von 10 bis 15 ppm empfindlich waren und daß Wasserdampf
in der Größenordnung von 1 Teil/1000 Oxydation des Bades bewirkte, was zu Porenbildung und unbedeckten Flecken
auf dem beschichteten Band führte. Es war nicht möglich, mit herkömmlichen Mitteln dieses Problem zu lösen. Eine Lösung
fand sich jedoch durch das Einführen des erhitzten Gases. Es wird vermutet, daß ein warmes oder relativ kaltes
reduzierendes Gas, das in der Nähe der Badoberfläche innerhalb der Schutzhaube eingeführt wird, eine abkühlende
bzw. abschreckende Wirkung auf die Schutzhaube ausübt. Es wird ferner vermutet, daß die Abkühlung des Abschnittes der
Schutzhaube, der dem sonst heißen eingetauchten Teil benachbart ist, welcher auf einer Badtemperatur von etwa
538 0C (1000 0F) gehalten wird, eine schnelle Kondensation
und Oxydation des Bades ergab, die von dem Vorhandensein kleinster Mengen an Sauerstoff und Wasserdampf herrührte.
In jedem Fall liefert das erfindungsgemäße Verfahren ein Verfahren zur Steuerung der Badoberflächenoxydation in—
nerhalb der Schutzhaube und vermeidet das Aufnehmen von ; oxidischen Teilchen aus dem Bad auf dem Band und dement—
sprechende Ausbildung von Poren und unbedeckten Flecken
auf diesem Band.
In Experimenten wurde das reduzierende Gas. das über das geschmolzene Bad innerhalb der Schutzhaube strömt, verschiedenen
Bedingungen unterworfen, und zwar in bezug auf die Temperatur, die Zusammensetzung und den Taupunkt. Wie
kritisch sich einige dieser Bedingungen auswirken, ist aus den Tabellen I und II zu ersehen.
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| Probe | Band- Bedingung |
I Il | Flecken | It | ,Flecken | Taupunkt 0C |
1 | bis | -11,7 | 4 | bis | +0,6 | 3 | -37,8 | Tabelle | I | Ga s-Atmo Sphäre | (Taupunkt) (0F) |
11) | % H2 Rest |
bis | N2 | (Taupunkt) (0F) |
33) | % H2 Rest |
43 | bis | N2 | in der Schutzhaube | I | N> OJ |
|
| 1 | unbed. | It | Il | It | -16, | bis | -16,7 | 1 | bis | -30 | -24,4 | ( 3 bis | 2) | 4 | bis | 11% | ( 6 bis | -22) | 48 | bis | 64% | Dürr hflußmenge | CD I |
OO Ό |
||||||||
| 2 | It | It | Il | Il | -25 | 3 | bis | — 5 | -22,f | -38,9 | (-13 bis | 23) | 7 | bis | 16% | (-33 bis | ) | 50% | 50% | 1500 CFH | CD | |||||||||||
| 3 | Il | Il | Il | Il | -18, | 8 | bis | - 5,6 | 1 | bis | -19,4 | (τ 1 bis | 22) | 19 | bis | 60% | ( -9 | -36) | 50% | 50 bis 300 CFH | co | |||||||||||
| 4 | It | ti | Il | Il | -37, | 2. | bis | - 8,9 | 9 | bis | (-36 bis | 16) | 20 | bis | 35% | (-42 bis | -12) | 56 | bis | . 2650 CFH | ||||||||||||
| 5 | Il | Il | Il | -37, | 7 | bis | -11,1 | bis | (-35 bis | 12) | 28 | bis | 29% | (-56 bis | -38) | 40 | bis | 65% | 400 bis 900 CFH | |||||||||||||
| 6 keine " | Il | It | -31, | bis | -38,9 | 8 | bis | (-25 bis | -38) | 30 | bis | 42% | (-40 bis | - 3) | 67 | bis | 56% | 850 bis 1000 CFH | ||||||||||||||
| 7 ' | -40 | (-40 bis | II | 35 | 46% | (- 9 bis | 70% | 850 bis 1000 CFH | ||||||||||||||||||||||||
| O | Tabelle | 850 bis 1000 CFH | ||||||||||||||||||||||||||||||
| kU CO t—ΐ |
Band- Bedingung |
Taupunkt 0C |
Ga s-Atmo Sphäre | |||||||||||||||||||||||||||||
| » f to |
Probe | unbed, | -14, | in der Schutzhaube | ||||||||||||||||||||||||||||
| O | 8 | 9 keine " | -36, | Durchflußmenge | ||||||||||||||||||||||||||||
| 00 00 |
10 w | 2450 bis 2550 CFH | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 11 " | -41, | 2250 CFH | ||||||||||||||||||||||||||||||
| •12 » | -48, | 1550 CFH | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 13 " | -40 | 2300-2350 CFH | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 14 » | -22, | 950 bis 1000 CFH | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 400 bis 900 CFH | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2700 CFH | ||||||||||||||||||||||||||||||||
(1 CFH * 0,02832 m/h)
"9" 7339916
Es ist interessant zu bemerken, daß ganz grundsätzlich eine direkte Beziehung zwischen dem Taupunkt und dem Wasserstoffgehalt
besteht. Z.B. wurden bei 50% Wasserstoff bei einem relativ hohen Taupunkt von -22,8 0C (-9 0F)zufriedenstellende
Ergebnisse erhalten. Wenn jedoch der Wasserstoff auf etwa 30% verringert wurde, wurde es notwendig, den Taupunkt
auf wenigstens -24,4 0C (-12 0F) zu erniedrigen. Probe 14
mit einem Wasserstoffgehalt von 70% lieferte keine unbedeckten Flecken, wenn nur ein Taupunkt von -19>4 0G (-3 0F) gewählt
wurde. Dementsprechend kann gefolgert werden, daß sogar bei größeren Mengen Wasserstoff, d.h. bis zu 100%, höhere
Taupunkte von etwa -17,78 0C (0 0F) toleriert werden können.
Jedoch sollte nach der niedrigen Seite hin aus praktischen Erwägungen der Wasserstoff in einer Menge von wenigstens
20 Vo1% vorhanden sein, wobei der Rest Stickstoff ist.
Um weiterhin die Wirksamkeit dieser Erfindung auf die Herstellung von Exsengegenständen, die einen Überzug mit wenigstens
25 Gew% Aluminium, Rest im wesentlichen Zink, besitzen, an Beispielen darzustellen, wurde eine Reihe von
dreizehn Stahlspulen einem Heißtauchbeschichtungsverfahren
unterworfen, wobei die unten angegebenen Bedingungen eingehalten wurden. Die Zusammensetzung der verschiedenen
Spulen lag innerhalb der folgenden Grenzen:
Kohlenstoff 0,024 bis 0,057%
Mangan 0,27 bis 0,37%
Phosphor 0,029% max.
Schwefel 0,029% max.
Silicium 0,01 % max.
Aluminium (Sol,) 0,004% max.
Stickstoff (Sol.) 0,004% max.
Eisen Rest
409809/1088
7339916
Jede dieser Spulen wurde mit einer Geschwindigkeit von etwa 61 m/min (200 fpm) durch die vorbereitenden Stufen,
in eine Schutzhaube und in ein geschmolzenes Metallbad geleitet, wobei die mittlere Zusammensetzung des Bades
etwa 54% Aluminium, 44% Zink, 1,3% Silicium, der Rest Eisen mit weniger als 0,1% Blei betrug, wobei alle Prozentangaben
Gewichtsprozente sind. In die Schutzhaube wurde ein reduzierendes Gas eingeleitet, das auf 29,4 0C
(85 °F) bis 532 0C (990 0F) vor seiner Einleitung erhitzt
worden war und 30% Hp, Rest im wesentlichen Stickstoff,
enthielt und einen Taupunkt von -42,8 bis -34,4 0C (—45
bis -30 0F) aufwies und mit Durchflußgeschwindigkeiten zwischen 15000 und 24000 CFH eingeleitet wurde; dieses
Gas wurde über das geschmolzene Metallbad innerhalb der Schutzhaube strömen gelassen. Nach der Verfestigung der
Aluminium—Zink-Beschichtung wurden keine Fehler durch unbedeckte
Flecken beobachtet.
Es können Abwandlungen der in dem obigen Beispiel beschriebenen optimalen Bedingungen vorgenommen werden. Daher soll
die Erfindung auch keineswegs auf die Angaben des Beispiels be schränkt s e in.
4 09809/1088
Claims (7)
- Patentansprüche\ 1.' Verfahren zum Beschichten von Eisendraht f -band oder -litze mit einem Überzug aus geschmolzenem Metall, das wenigstens 25 Gewichtsprozent Aluminium enthält, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Draht bzw. dieses Band durch eine Schutzhaube hindurch in das geschmolzene Beschichtungsmetall geleitet wird, ohne daß dabei der Draht bzw. das Band der Atmosphäre ausgesetzt wird, und daß dabei der Draht bzw. das Band in der Schutzhaube in einer reduzierenden Atmosphäre gehalten wird und die Oberflächen dieses Drahtes bzw. dieses Bandes und des geschmolzenen Beschichtungsmetalles innerhalb der Schutzhaube einem erhitzten Gas ausgesetzt werden, das wenigstens etwa 20 Vol% Wasserstoff und als Rest im wesentlichen Stickstoff enthält und einen Taupunkt aufweist, der nicht über -17,78 0C (0 0P) liegt, während der Draht bzw. das Band durch die Schutzhaube und das geschmolzene Be-Schichtungsmetall geleitet wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch "1, dadurch gekennzeichnet,daß wenigstens anfänglich das erhitzte Gas gezwungen wird, über die Oberfläche des geschmolzenen Beschichtungsmetalles innerhalb der Schutzhaube zu streichen.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,daß dieses Gas auf eine Temperatur von wenigstens 399 0C (750 0F) erhitzt wird.
- 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,daß dieses Gas vor seinem Einleiten, in die Schutzhaube auf eine Temperatur zwischen etwa 482 0C (900 0F) und etwa 621 0C (1150 0F) erhitzt wird.4 09809/1088
- 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das geschmolzene Beschichtungsmetall 25 bis 70% Aluminium, Rest im wesentlichen Zink, enthält.
- 6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet,daß der Taupunkt nicht höher als etwa -20 0C (-4 0F) liegt.
- 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,daß dieser Taupunkt nicht höher als etwa -24,4 0C (-12 0F) liegt.HS/Gu40980 9/1088
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