DE2819142C2

DE2819142C2 - Verfahren und Vorrichtung zum einseitigen Beschichten eines Metallbandes mit schmelzflüssigem Metall, insbesondere zum einseitigen Feuerverzinken von Stahlband

Info

Publication number: DE2819142C2
Application number: DE2819142A
Authority: DE
Inventors: 4223 Voerde Jindra Kurt; Joachim Dipl.-Ing.Dr. Koenitzer; Heinrich Dipl.-Ing. 4220 Dinslaken Schmitz
Original assignee: THYSSEN AG VORM AUGUST THYSSEN-HUETTE 4100 DUISBURG DE
Current assignee: THYSSEN AG VORM AUGUST THYSSEN-HUETTE 4100 DUISBURG DE
Priority date: 1978-04-29
Filing date: 1978-04-29
Publication date: 1982-03-25
Also published as: JPS5511188A; DE2819142A1; BE875893A; GB2019896B; FR2424329B1; FR2424329A1; JPS6363625B2; GB2019896A; CA1126593A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum einseitigen Beschichten eines Metallbandes mit einem schmelzflüssigen Metall, insbesondere zum einseitigen Feuerverzinken von Stahlband, bei dem das gereinigte und erwärmte Band in einer Schutzgasatmosphäre oberhalb des Schmelzbadspiegels geführt und mit einem schmelzflüssigen Metall kontinuierlich in Berührung gebracht wird, wobei es im Berührungsbereich unter teilweiser Umschlingung einer Rolle auf seiner Rückseite abgestützt wird.

Seit langem bemüht man sich, geeignete Verfahren und Vorrichtungen zum einseitigen Beschichten eines Metalibandes mit schmelzflüssigem Metall zu entwikkein. Ziel dieser Bemühungen ist es, daß die Schichtdikke gleichmäßig ist und exakt einstellbar ist Schließlich wird von den Verfahren gefordert, daß beim Beschichten schmelzflüssiges Metall nicht auf die Rückseite des Bandes gelangt.

Bei einem bekannten Verfahren zum einseitigen Beschichten ruht das Band während der Beschichtung auf einer nur geringfügig in das Bad eintauchenden Auftragsrolle, einer Abstreifrolle und weiteren Stützrollen derart, daß es horizontal in einer Ebene geführt wird.

Auf der gegenüberliegenden, zu beschichtenden Bandseite sind weitere Rollen vorgesehen, die verhindern, daß das Band nach oben ausweicht. Keine der erwähnten Rollen wird vom Band teilweise umschlungen. Bei diesem Verfahren erfolgt die Beschichtung in der Weise, daß mittels einer nur geringfügig in das Bad eintauchenden Schöpfrolle das Metall auf die Beschichtungsrolle übertragen wird, die ihrerseits das Metall auf das zu beschichtende Band überträgt. Die auf das Band aufzub/ingende Schicht wird durch Veränderung der Spaltbreite zwischen der Beschichtungsrolle und der Schöpfrolle eingestellt. Zu viel auf das Band aufgebrachtes Material wird zusätzlich mittels einer mit Schaber versehenen Abstreifrolle vom Band abgestreift. Eine Veränderung der Schichtdicke ist wegen der beschriebenen Rollenanordnung nur in beschränktem Maße möglich. Da das Band bei seinem Durchlauf auf den Rollen aufliegt, ist es nicht möglich, zwischen Band und Beschichtungsrolle einen hinreichend breiten Spalt einzustellen. Das Eigengewicht des Bandes quetscht das aufzubringende schmelzflüssige Metall ab. Die auf der Rückseite angeordneten, zwar verstellbaren Rollen würden bei einer Einstellung, die größer als die Banddicke ist, ein Flattern des dann nur auf den unteren Rollen aufliegenden Bandes ermöglichen und die Amplitude des Flatterns nur begrenzen. Für die Einstellung einer Beschichtungsstärke sind deshalb die einstellbaren oberen Rollen nicht geeignet. Sie dienen lediglich dazu, eine Anpassung an verschiedene Bandstärken vorzunehmen (FR-PS 22 88 792).

Bei einem anderen bekannten Verfahren der eingangs genannten Art wird das Metallband z. B. mittels einer Stütz- und Umlenkrolle dicht oberhalb des Schmelzbadspiegels geführt. Infolge der Oberflächenspannung des schmelzflüssigen Metalls wird ein einmal erzeugter Meniskus aus dem schmelzflüssigen Metall zwischen Badoberfläche und Metallband bei der geringen Distanz zwischen Metallband und Badoberfläche aufrechterhalten. Auf diese Weise wird das durchlaufende Band kontinuierlich mit schmelzflüssigem Metall benetzt. Die Einstellung der Schichtdicke des Überzugs erfolgt durch Abstreifen des überschüssigen, noch flüssigen Metalls mittels eines nachgeordneten Düsenmessers (DE-OS 27 12 003).

Mit dieser Einstellung der Schichtdicke erhält man aber nur dann die gewünschten Schichtdicken, wenn die zuvor aufgetragene Schicht über die gesamte Bandbreite gleichmäßig ist. Eine gleichmäßige Beschichtung über die gesamte Bandbreite ist nur zu erreichen, wenn der

Abstand zwischen Badspiegel und Band nicht schwankt. Diese Forderung ist bei einem eingestellten, sehr kleinen Abstand, ζ. B. < 10 mm, nur schwer einzuhalten. Bei Schwankungen des Abstandes zwischen Bandmaterial und Badspiegel, z. B. infolge von Niveauänderungen des Badspiegels, kann es zum teilweisen oder völligen Ablösen des Meniskus oder auch zum Oberklettern von schmelzflüssigem Metall über die Bandränder und somit zu unerwünschter Beschichtung der Bandrückseite kommen. Verschiedene Ursachen sind für Schwankungen des Badspiegels verantwortlich: Verbrauch des schmelzflüssigen Metalls durch den Beschichtungsvorgang, Nachfüllen von schmelzflüssigem Metall, Beblasen der Badoberfläche durch den Blasstrahl der Düsenmesser. All diese Schwierigkeiten sind selbst mit einer noch so genauen Bandführung und einer Regelanlage zur Überwachung des Schmelzbadspiegels kaum zu beseitigen.

Bei einem anderen bekannten Verfahren wird das zu beschichtende Band über zwei Umlenkrollen jeweils um 90° umgelenkt und von ihnen mit erheblichem Abstand etwa parallel zum SchmeJzbadspiegel geführt Das Beschichtungsmaterial wird mittels einer in das Schmelzbad eintauchenden Schöpfrolle auf das Band im nicht abgestützten Bereich zwischen den beiden Umlenkrollen aufgetragen. Die gewünschte Schichtdikke wird mittels einer auf der Schöpfrolle laufenden Abquetschrolle eingestellt (US-PS 32 28 788).

Mit diesem Verfahren und dieser Vorrichtung ist es zwar möglich, das Band auf seiner gesamten Breite einseitig zu beschichten, ohne daß dabei die Gefahr besteht, daß schmelzflüssiges Metall auf die andere Bandseite gelangt, doch ist auch bei diesem Verfahren und dieser Vorrichtung trotz der zusätzlichen Abquetschrolle die Einstellbarkeit der Schichtdicke nicht exakt genug. Bereits geringe Unebenheiten des Bandes oder Bewegungen des Bandes radial zur Schöpfrolle (Bandflattern) haben einen ungleichmäßigen Kontakt von Band und der Schöpfrolle und damit eine ungleichmäßige Beschichtung zur Folge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beschichten eines Metallbandes mit schmelzflüssigem Metall zu schaffen, das eine gleichmäßige einseitige Beschichtung des Metallbandes und eine exakte Einstellbarkeit in weiten Bereichen gewährleistet.

Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das schmelzflüssige Metall unter Verwendung einer mit mehr als der Hälfte ihrer Mantelfläche in das Schmelzbad eintauchenden Schöpfrolle gegen den abgestützten Bereich des Bandes gefördert wird.

Bei diesem Verfahren werden am Ort der Beschichtung exakte geometrische Verhältnisse geschaffen. Durch die Zwangsführung des Bandes auf der einen Seite und die Zwangsführung des schmelzflüssigen Metalls auf der anderen Seite wird erreicht, daß unabhängig von Schwankungen des Badspiegels ausreichend schmelzflüssiges Metall an die Bescliichtungsstel-Ie transportiert wird. Die doppelte Zwangsführung garantiert, daß such ohne zusätzliche Mittel zum Abstreifen überschüssigen schmelzflüssigen Metalls die gewünschte Schichtdicke exakt erhalten wird. Überschüssiges schmelzflüssiges Metall wird im Spalt zwischen dem zwangsgeführten Metallband und der Zwangsführung des schmelzflüssigen Metalls durch die Schöpfrolle abgequetscht. Schichtdicken lassen sich in weiten Grenzen deshalb exakt nicht nur bei großen Auftragsmengen, sondern wegen des guten Kontaktes zwischen der Bandobertläche und der Schöpfrolle auch bei geringer Auftragsmenge einstellen. Dabei kann die Schichtdicke durch Einstellen des Anpreßdruckes variiert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich in besonderem Maße zum Herstellen von sogenannten »galvanealed material« (Bandmaterial aus Stahl, bei dem das schmelzflüssige Zink mit dem Bandmaterial

ίο eine Legierung bildet), wenn nach einer Ausgestaltung der Erfindung bei Verwendung von Zink als schmelzflüssiges Metall und Stahl als Bandmaterial das schmelzflüssige Metall eine Temperatur von 450⁰C bis 480° C hat und die Bandtemperatur 530° C bis 650° C, insbesondere 570°C, beträgt und das Zink beim Auftragen auf die für eine vollständige Legierungsbildung mit dem Bandmaterial geeignete Menge beschränkt wird. Darüber hinaus wird durch Einhalten dieser Temperaturbereiche und damit auch durch Einhalten eines bestimmten Viskositätsbereichs des schmelzflüssigen Metalls der Gefahr des Überkletterns der Bandränder entgegengewirkt

Bei diesem Verfahren wird die für die Legierungsbildung erforderliche Temperaturanhebung des Beschichtungsmaterials durch die Wärme des Bandmaterials erreicht. Dies ist ohne weiteres bei den benötigten geringen Auftragsmengen des Beschichtungsmaterials möglich. Ein Vorteil gegenüber bekannten Verfahren besteht darin, daß das schmelzflüssige Beschichtungsmaterial wegen seiner geringen Temperatur die Verwendung keramischer Behälter noch nicht erforderlich macht Denn da das Bandmaterial nicht durch das Schmelzbad geführt wird, sondern nur mittelbar mit dem Schmelzbad in Berührung kommt und die geschöpfte geringe Auftragsmenge des schmelzflüssigen Beschichtungsmaterials praktisch vollständig aufgetragen wird, Überschuß also nicht mehr in das Schmelzbad zurückgelangt, wird das Schmelzbad praktisch nicht weiter aufgeheizt. Auch wird nicht wie bisher ein zusätzlicher, nachgeordneter Wärmeofen zum Aufheizen des mit Beschichtungsmaterial versehenen Bandmaterials bis auf die für die Legierungsbildung erforderliche Temperatur benötigt. Die erforderliche Temperatur erhält das Bandmaterial bei der ohnehin erforderlichen, dem Beschichtungsvorgang vorgeoidneten Glühung. Es wird dann anschließend nicht im bisherigen Maße, sondern weniger stark abgekühlt. Bei Zink als Beschichtungsmaterial und Stahl als Bandmaterial haben sich Temperaturen von 450°C bis 480°C für

so das Schmelzbad und von 530° C bis 650⁰C für das Bandmaterial als günstig erwiesen.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, die aus einem mit schmelzflüssigem Metall gefüllten und von einer Schutzhaube zur Aufrechterhaltung einer Schutzgasatmosphäre abgedeckten Behälter mit einem schleusenartigen Ein- und Ausgang für das zu beschichtende Metallband, einer oberhalb des Schmelzbadspiegels angeordneten Stütz- und Umlenkrolle sowie Führungsmitteln besteht, die das Band unter teilweiser Umschlingung über die Stütz- und Umlenkrolle führen.

Erfindungsgemäß ist diese Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß unter der Stütz- und Umlenkrolle ein'» mit mehr als der Hälfte ihrer Mantelfläche in das Schmelzbad eintauchenden Schöpfrolle angeordnet ist, die mit der Stütz- und Umlenkrolle einen einstellbaren Durchtrittsspalt für das zu beschichtende Metallband bildet.

Vorzugsweise ragt die Schöpf rolle 10 bis 45 mm, insbesondere 10 bis 15 mm, aus dem Schmelzbad heraus. Der Durchmesser der Schöpfrolle kann 150 bis 350 mm, vorzugsweise etwa 250 mm, betragen. Ein günstiges Durchmesserverhältnis für Stütz- und Umlenkrolle und Schöpfrolle ergibt sich, wenn der Durchmesser der Stütz- und Umlenkrolle größer, insbesondere etwa doppelt so groß, wie der Durchmesser der Schöpfrolle ist.

Sowohl die Stütz- und Umlenkrolle als auch die Schöpfrolle können frei drehbar gelagert sein. In diesem Fall werden sie durch das zwischen ihnen laufende Band bewegt. Um der Gefahr eines Stillstandes der Rolle zu begegnen, kann das Band mit großem Umschlingungswinkel um die Stütz- und Umlenkrolle geführt sein.

Falls besonders große Schichtdicken gefordert werden, wird nicht nur ein entsprechend breiter Durchtrittsspalt zwischen Schöpfrolle und Stütz- und Umlenkrolle eingestellt, sondern die Schöpfrolle wird auch entsprechend tief in das Schmelzbad eingetaucht. Dabei kann es von Vorteil sein, wenn die Oberfläche der Schöpfrolle durch Aufrauhen od. dgl. ein großes Haftungsvermögen für das schmelzflüssige Metall hat. Weiter läßt sich die Zufuhr von schmelzflüssigem Metall in den Durchtrittsspalt dadurch beeinflussen, daß die Geschwindigkeit der Oberfläche der Schöpfrolle mittels eines der Schöpfrolle zugeordneten Antriebs verändert wird. Ist die Geschwindigkeit der Oberfläche der Schöpfrolle größer als die des Bandes, wird mehr schmelzflüssiges Metall auf das Band aufgetragen; ist die Geschwindigkeit der Oberfläche der Schöfprolle dagegen kleiner als die des Bandes, wird weniger schmelzflüssiges Metall auf das Band aufgetragen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel schematisch darstellenden Zeichnung näher erläutert.

Ein Behälter 1 ist mit schmelzflüssigem Metall 2, z. B. Zink, gefüllt. Eine unten offene Abdeckhaube 3 taucht mit ihrem unteren Rand in das Schmelzbad 2 ein. In die Abdeckhaube 3 münden ein schräger Kanal 4 und ein senkrechter Kanal 5. Der Kanal 4 weist einen schleusenartigen Eingang 6 und der Kanal 5 einen schleusenartigen Ausgang 7 auf.

Oberhalb des Spiegels des Schmelzbades 2 und mit geringem Abstand zum Schmelzbadspiegel ist eine Stütz- und Umlei>krolle 8 frei drehbar gelagert. Unter dieser Stütz- und Umlenkrolle 8 ist eine im Durchmesser wesentlich kleinere Schöpfrolle 9 angeordnet, deren Achse parallel zur Achse der Stütz- und Umlenkrolle 8 und in derselben vertikalen Ebene angeordnet ist Die Schöpfrolle 9 taucht mit mehr als der Hälfte ihrer Oberfläche in das Schmelzbad 2 ein. Die Schöpfroüe 9 kann drei drehbar gelagert sein oder durch einen einstellbaren Antrieb angetrieben sein.

Das zu beschichtende Bandmaterial 12 gelangt über den schleusenartigen Eingang 6, den Kanal 4 in den unter Schutzgasatmosphäre stehenden Raum der Abdeckhaube 3. Hier wird es über die Stütz- und Umlenkrolle 8 umgelenkt und vertikal nach oben durch den Kanal 5 und den schleusenartigen Ausgang 7 weitergefördert. Das Bandmaterial 12 umschlingt die Stütz- und Umlenkrolle 8 auf einem Winkel von etwa 135°. Es wird dabei mit nur geringem Abstand von dem Badspiegel exakt geführt. Die Schöpfrolle 9, die die Oberfläche des Bandmaterials 12 berührt, transportiert bei Bewegung des Bandes schmelzflüssiges Metall in den Durchtrittsspalt 10. In Abhängigkeit von dem

ίο eingestellten Abstand zwischen den beiden Rollen 8, 9 wird das schmelzflüssige Metall in der gewünschten Schichtdicke aufgetragen. Überschüssiges Metall wird dabei abgequetscht und fließt zurück in das Schmelzbad 2. Im Unterschied zu dem bekannten Verfahren der DE-OS 27 12 003 ist aber hierbei unabhängig von Schwankungen des Badspiegels die aufgetragene Schicht exakt einstellbar, weil durch die Schöpfrolle das schmelzflüssige Metall zur in ihrer Lage festliegenden Bandoberfläche gefördert wird und damit für gleichbleibende Verhältnisse gesorgt ist. Die Einstellung der Schichtdicke ist auch exakter als bei dem anderen bekannten Verfahren der US-PS 32 28 788, weil anders als dort die Auftragsmenge nicht bereits vor dem Auftragsort, sondern am Auftragsort selbst dosiert wird.

Das bedeutet, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Bandmaterial hoher Qualität mit verschiedenen Schichtdicken unter Einhaltung sehr enger Toleranzen herstellbar ist. Die Einhaltung enger Toleranzen ist nicht nur für die Weiterverarbeitung wertvoll, sondern bedeutet auch die Einsparung erheblicher Mengen an Beschichtungsmaterial.

Obgleich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Schichtdicken mit einem geringen vorrichtungstechnischen Aufwand bereits exakt einstellbar sind, können zusätzlich an sich bekannte verstellbare Düsenmesser 11 vorgesehen sein. Solche Düsenmesser 11 können in der Höhe über dem Schmelzbadspiegel, im Abstand von der Badoberfläche und dem Winkel, unter dem der Gasstrahl auf das Bad geblasen wird, eingestellt werden.

Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, die Düsendurchmesser 11 in einer Höhe von 100 bis 250 mm, insbesondere von etwa 150 mm, oberhalb des Schmelzbadspiegels anzuordnen. Da die Beschichtung unter Schutzgasatmosphäre erfolgt, ist es selbstverständlich erforderlich, auch die Düsenmesser 11 mit einem entsprechenden Schutzgas, z. B. Stickstoff oder Argon, zu betreiben.

Überzüge von Zink auf einem Stahlband zeigen oft großflächige Kristallisationsbilder (Zinkblumen), die insbesondere dann unerwünscht sind, wenn die verzinkte Oberfläche des Bandes an der sichtbaren Seite eines Bauieiis zu liegen kommt. Diese Blurnenbüdung kann man in sehr einfacher und wirkungsvoller Weise dadurch vermeiden, daß zusammen mit dem Gasstrom der Abstreifdüsen ein Keimbildner, z. B. Zink- oder Zinkoxydstaub, auf die noch flüssige Zinkschicht aufgeblasen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum einseitigen Beschichten eines Metallbandes mit einem schmelzflüssigen Metall, insbesondere zum einseitigen Feuerverzinken von Stahlband, bei dem das gereinigte und erwärmte Band in einer Schutzgasatmosphäre oberhalb des Schmelzbadspiegels geführt und mit einem schmelzflüssigen Metall kontinuierlich in Berührung gebracht wird, wobei es im Berührungsbereich unter teilweiser Umschlingung einer Rolle auf seiner Rückseite abgestützt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das schmelzflüssige Metall unter Verwendung einer mit mehr als der Hälfte ihrer Mantelfläche in das Schmelzbad eintauchenden Schöpfrolle gegen den abgestützten Bereich des Bandes gefördert wird.

Z Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Zink als schmelzflüssiges Metall und Stahl als Bandmaterial das schmelzflüssige Metall eine Temperatur von 450° C bis 480° C hat und die Bandtemperatur 530° C bis 650° C, insbesondere 570° C, beträgt und beim Auftragen auf die für eine Legierungsbildung mit dem Bandmaterial notwendige Auftragsmenge beschränkt wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem mit schmelzflüssigem Metall gefüllten und von einer Schutzhaube zur Aufrechterhaltung einer Schutzgasatmosphäre abgedeckten Behälter mit einem schleusenartigen Ein- und Ausgang für das zu beschichtende Metallband, einer oberhalb des Schmelzbadspiegels angeordneten Stütz- und Umlenkrolle sowie Führungsmitteln, die das Band unter teilweiser Umschlingung über die Stütz- und Umlenkrolle führen, dadurch gekennzeichnet, daß unter der Stütz- und Umlenkrolle (8) eine mit mehr als der Hälfte ihrer Mantelfläche in das Schmelzbad (2) eintauchenden Schöpfrolle (9) angeordnet ist, die mit der Stütz- und Umlenkrolle (8) einen einstellbaren Durchtrittsspalt (10) für das zu beschichtende Metallband (12) bildet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schöpfrolle (9) 10 bis 45 mm, insbesondere 10 bis 15 mm, aus dem Schmelzbad (2) herausragt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Schöpfrolle (9) 150 bis 350 mm, vorzugsweise etwa 250 mm, beträgt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Stütz- und Umlenkrolle (7) größer, insbesondere etwa doppelt so groß, wie der Durchmesser der Schöpfrolle (9) ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schöpfrolle (9) ein einstellbarer Antrieb zugeordnet ist.