DE3010809C2

DE3010809C2 - Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Feuerverzinken eines Stahlbandes

Info

Publication number: DE3010809C2
Application number: DE3010809A
Authority: DE
Inventors: Naoki Gunji; Saburo Yokohama Kanagawa Ito
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1979-03-26
Filing date: 1980-03-20
Publication date: 1982-07-15
Also published as: GB2046796A; FR2452527A1; US4275098A; DE3010809A1; JPS5758434B2; GB2046796B; CA1126102A; FR2452527B1; JPS55128569A; BE882429A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Feuerverzinken eines Stahlbands nach dem Oberbegriff dp-, Patentanspruches I bzw. 4; Oberflächenfehler am Stahlband infolge von beim Feuerverzinken anfallendem Bodensatz am Boden des das Verzinkungsbad enthaltenden Behälters sowie infolge ungleichmäßiger Korrosion an einer Umlenkbzw. Sinkrolle, an Klemmwalzen und anderen, im Verzinkungsbad befindlichen Einrichtungen sollen vermieden werden.

Das Feuerverzinken eines Stahlbands erfolgt normalerweise derart, daß das Stahlband in ein Verzinkungsbad in einem entsprechenden Behälter eingeführt wird, sodann die Bewegungsrichtung des Stahlbands durch eine im Verzinkungsbad befindliche Sink- oder Umlenkrolle in Aufwärtsrichtung umgelenkt wird, um das Stahlband über zwei Klemmwalzen aus dem Bad herauszuführen, und unmittelbar über der Oberfläche des Bads die Dicke der auf die Oberfläche des

Stahlbands aufgebrachten Zinkschicht mit Hilfe von

zwei Schlitzdüsen, die ein Gas ausstoßen, oder mittels einer anderen geeigneten Einrichtung eingestellt wird.

Bei dieser Behandlung reagiert der Stahl bzw. das

Eisen (Fe) des Stahlbands, der Sinkrolle, der Klemmwalzen und anderer, im Verzinkungsbad befindlicher Einrichtungen sehr aktiv mit dem geschmolzenen Zink (Zn). Aus diesem Grund ist eine Lösung von Fe im Verzinkungsbad unvermeidlich. Dabei wird Fe im Bad bis zu dessen Sättigung mit Fe gelöst, d. h. bis die Fe-Konzentration des Bads etwa 0,03 Gew.-% beträgt; anschließend fällt Fe in Form einer Zwischenmetallverbindung von Fe und Zn (FeZn₇) aus. Diese Zwischenme-

tallverbindung, die mit 7,25 g/cm³ eine größere Dichte als diejenige von Zn (7,14 g/cm³) besitzt, setzt sich am Boden des Verzinkungsbehälters ab; in diesem Zustand wird sie üblicherweise als »Bodengrus oder -satz« bezeichnet

Dieser Bodensatz wird unter der durch die Einführung des Stahlbands in das Verzinkungsbad erzeugten Turbulenz im Bad hochgewirbelt, um dann an dem das Bad durchlaufenden Stahlband anzuhaften. Dabei entstehen auf der Oberfläche des feuerverzinken Stahlbands pickeiförmige Oberflächenfehler, durch welchß das Aussehen des Produkts stark beeinträchtigt wird.

Zur Ausschaltung dieses Problems war es bisher üblich, den Verzinkungsvorgang vorübergehend zu unterbrechen, wenn die Menge des Bodensatzes am Behälterboden eine bestimmte Größe erreichte, und den Bodensatz mittels eines Eimers o. dgl. vom Behälterboden abzuschöpfen. Dieses Vorgehen ist jedoch nicht nur unwirtschaftlich, sondern auch mit einer Herabsetzung der Produktionsleistung verbunden, weil der Feuerverzänkungsvorgang vorübergehend unterbrochen werden muß. Der aus dem Behälter herausgeschöpfte Bodensatz enthält eine große Menge an Zn, und die Rückgewinnung des Zinks aus dem Bodensatz erfordert eine erneute Abscheidung desselben. Wenn die Anlage keine Bodensatz-Scheideeinrichtung aufweist, muß der aus dem Verzinkungsbehälter herausgeholte Bodensatz an Aufbereitungsfirmen geliefert werden; das im Bodensatz enthaltene Zink kann daher nicht in der Anlage für die Wiederverwendung zurückgewonnen werden, so daß sich ein erhöhter Zinkverbrauch ergibt.

Zum Austragen des Bodensatzes aus einem Feuerverzinkungs-Behälter ohne Unterbrechung des Feuerverzinkungsvorgangs ist ein Verfahren bekannt, bei welchem Aluminium (Al) in der Größenordnung von 0,05% bis 0,2% dem Verzinkungsbad zugesetzt wird (vgl. »Metall«, 30,1976, Heft 2, Seiten 130-134). Dieser Al-Zusatz e-folgte üblicherweise auch mit dem Ziel der Verbesserung der Formbarkeit des hergestellten feuerverzinkten Stahlbands. In der Zinkschicht eines solchen verzinkten Stahlbands bildet sich nämlich eine Schicht aus einer Fe-Zn-Legierung, die hart und spröde ist und bei der Bearbeitung des verzinkten Stahlbands zu einem Bruch der Verzinkung mit einem Abschälen derselben führt. Um nun eine wesentliche Dickenzunahme dieser Schicht aus Fe-Zn-Legierung zu verhindern und die Formbarkeit des verzinkten Stahlbands zu verbessern, werden dem Verzinkungsbad beim Feuerverzinken üblicherweise mehr als 0,10% bis etwa 0,40% Al zugesetzt.

Wenn dem Verzinkungsbad Al zugesetzt wird, reagiert der Bodensatz (FeZn?) mit dem Al nach folgender Reaktionsgleichung:

2 FeZn₇ + 5AIi: Fe₂AI₅ + 14 Zn

Die obige Reaktion verläuft von links nach rechts bei einer freien Al-Konzentration von über 0,14 Gew.-% im Verzinkungsbad, wobei der Bodensatz (FeZn?) am Behälterboden in Fe₂AU umgewandelt wird. Dieses Fe₂AI* das mit etwa 43 g/cnv³ eine niedrigere Dichte besitzt als Zn mit 7,14 g/cm³, schwimmt zur Oberfläche des V.erzinkungsbades auf und wird allgemein als »Oberflächensatz« bezeichnet. Dieser Oberflächensatz kann ohne Unterbrechung des Verzinkungsvorgangs leicht von der Badobiifläche abgeschöpft werden. Indem somit der Bodensatz durch Zugabe von Al zum Verzinkungsbad, so daß die Al-Konzentration stets über 0,12 Gew.-% gehalten wird, in einen Oberflächensatz umgewandelt wird, läßt sich folglich der Bodensatz ohie Unterbrechung des Verzinkungsvorgangs einfach aus dem Verzinkungsbehälter entfernen. Die schnellere Bildung aluminiumhaltiger Phasen unmittelbar an der Stahloberfläche beruht dabei auf der höheren Bildungsenthalpie der FeAl-Verbindungen gegenüber den Fe-Zn-Phasen (vgl. »Metall«, Seite 130).

Im tatsächlichen Betrieb ist es jedoch aus den im folgenden angegebenen Gründen auf die oben beschriebene Weise nicht immer einfach, den Bodensatz aus dem Verzinkungsbad zu entfernen und letzteres in einem Zustand mit minimalem Bodensatz zu halten.

Im tatsächlichen Betrieb wird nämlich ein zu verzinkendes Stahlband kontinuierlich in das Feuerverzinkungsbad eingeführt, so daß die Menge des Bodensatzes am Behälterboden allmählich zunimmt. Um nun die Menge an Bodensatz im Behälter stets auf einem möglichst kleinen Wert zu halten, muß die in das Verzinkungsbad einzuführende A^ivfenge fortschreitend vergrößert werden. Bei Vergioßerung dieser Al-Menge erfolgt jedoch zwischen dem zugesetzten AI und dem Stahl (Fe) des Stahlbands, der Sinkrcüe, der Klemmwalzen und dgl. im Verzinkungsbad eine aktive, e bzw. heftigere Umsetzung als zwischen Zn und Fe. Da somit ein beträchtlicher Teil des zugesetzten Aluminiums bei der Umsetzung mit Fe verbraucht wird, wird die Wirkung der AI-Zugabe zur Umwandlung des Bodensatzes in den Oberflächensatz herabgesetzt.

Um im Betrieb stets eine Mindestmenge an Bodensatz im Verzinkungsbad aufrechtzuerhalten, muß daher die Größe der Al-Zugabe zum Bad unter Berücksichtigung der bei der erwähnten Reaktion mit Fe verbrauchten Al-Mcnge erhöht werden. Die Al-Zugabe erfolgt gewöhnlich mittels eines Al enthaltenden Zinkblocks. Zur wirksamen Verhinderung der Entstehung von Bodensatz im Verzinkungsbad sollte der AI-Gehalt im Zinkblock mindestens 0,45 Gew.-°/o betragen, und die freie Al-Konzentration im Bad sollte auf einem hohen Wert von mindestens 0.20 Gew.-% gehalten werden.

Beim Feuerverzinken eines Stahlbands in einem Verzinkungsbad, das Al in einer denrt hohen Konzentration enthält, treten jedoch die folgenden Probleme auf:

1. Der Stahl (Fe) der Sinkrolle und der Klemmwalzen im Verzinkungsbad reagiert aktiv mit dem im Verzinkungsbad enthaltenen Al, so daß die Stahlteile ungleichmäßig korrodiert werden. Hierbei treten beträchtliche Oberflächenunregelmäßigkeiten an Sinkrolle und Klemmwalzen auf, wodurch wiederum Fehler bzw. Unebenheiten auf der Oberfläche des Stahlbands und/oder seiner Vorzinkung hervorgerufen werden. Dies fühii zu einem erheblich verschlechterten Aussehen des Produkts und möglicherweise sogar dazu, daß das Verzinken nicht mehr weitergeführt werden kann.

2. Durch die erwähnte Umsetzung zwischen Fe und Al entsteht im Verzinkungsbehälter eine größe Menge an Oberflächensatz (Fc₂AIs/. Obgleich dieser Oberflächensatz, wie erwähnt, leicht abgeschöpft werden kann, muß im Fall einer nicht mit einer Raffinie .·- bzw, Scheideausrüstung für den Oberflächensatz versehenen Anlage dieser Oberflächensatz, ebenso wie der Bodensatz, an Scheideformen geliefert werden, so daß das im Oberflä-

chensatz enthaltene Zink nicht unmittelbar für die Wiederverwendung zurückgewonnen werden kann.

3. Im Fall eines Al in hoher Konzentration enthaltenden Verzinkungsbads tritt in der Zinkschicht des feuerverzinkten Stahlbands eine große Menge an Fe2Al5 in Schichtform auf. In diesem Fall wird eine Verzinkungs-Glühbehandlung d. h. eine Behandlung zur Umsetzung der gesamten Zinkschicht in eine Zn-Fe-Legierungsschicht erschwert, so daß keine gleichmäßige Zn-Fe-Schicht erzielt werden kann. Aus diesem Grund muß beim Verzinken die Al-Konzentration des Verzinkungsbads im voraus verringert werden.

4. Ein als Grundierung dienender Film aus chemischen Stoffen läßt sich auf der Oberfläche einer Verzinkung mit hohem Al-Gehalt nur schwierig ausbilden, und eine zufriedenstellende Haftung von Farbe oder Lack kann nicht erreicht werden.

In der Praxis ist es daher schwierig, das Feuerverzinken mit einem Verzinkungsbad mit hoher Al-Konzentration durchzuführen. Das beschriebene Verfahren ist daher für die Verhinderung der Entstehung von Bodensatz ungeeignet.

Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Feuerverzinken eines Stahlbands unter Verhinderung von Oberflächenfehlern auf dem verzinkten Stahlband aufgrund eines Bodensatzes, der sich bei der Feuerverzinkung eines Stahlbands am Boden des ein Feuerverzinkungsbad enthaltenden Behälters bildet.

Mit diesem Verfahren und dieser Vorrichtung sollen außerdem auch Oberflächenfehler am feuerverzinkten Stahlband infolge ungleichmäßiger Korrosion an einer Umlenk- oder Sinkrolle, an Klemmwalzen oder anderen Einrichtungen, die sich im Verzinkungsbad befinden, verhindert werden.

Weiterhin sollen dabei die bisherigen Schwierigkeiten beim Verzinkungs-Glühvorgang an der Verzinkung des Stahlbands und bei der chemischen Behandlung zur Bildung einer Grundierung im Anschluß an das Feuerverzinken des Stahlbands vermieden werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren bzw. einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches I bzw. 4 erfindungsgemäß durch die in dessen jeweiligem kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale gelöst.

Im folgenden sind bevorzugte Ausfühningsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer experimentellen Feuerverzinkungsvorrichtung, die in einem Versuch zur Beschleunigung der Reaktion zwischen dem Bodensatz und dem im Feuerverzinkungsbad enthaltenen AI benutzt wurde.

F i g. 2 eine graphische Darstellung der zeitabhängigen Änderung der freien Al-Konzentration in einem Feuerverzinkungsbad beim Feuerverzinken eines Stahlbands, während das Al enthaltende Bad im Verzinkungsbehälter der Vorrichtung nach F i g. 1 gerührt bzw. umgewälzt wird.

F i g. 3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Al-Gehalt in der gesamten Zinkschicht und der Dicke dieser Schicht bei Verwendung der Vorrichtung nach F i g. 1,

F i g. 4 eine schematische Darstellung einer speziellen Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zum kontinuierlichen Feuerverzinken eines Stahlbands und

F i g. 5 einen Schnitt längs der Linie AA in F i g. 4.

Im Hinblick auf die eingangs geschilderten Umstände wurden verschiedene Versuche und Untersuchungen mit dem Ziel der Entwicklung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Feuerverzinken eines Stahlbands angestellt, wobei die Al-Konzentration des Verzinkungsbads weitgehend verringert sein und

ίο dennoch die Entstehung von Bodensatz wirksam verhindert werden soll.

Mit dem Ziel der wirksamen Umwandlung eines Bodensatzes (FeZn?) in einen Oberflächensatz (Fe2AI$) durch beschleunigte Umsetzung des beim Feuerverzinken eines Stahlbands entstehenden Bodensatzes mit Al wurde ein Versuch durchgeführt, bei dem ein Stahlband feuerverzinkt wurde, während das Al enthaltende Verzinkungsbad gerührt bzw. umgewälzt wurde.

F i g. i veranschaulicht die bei diesem Versuch verwendete experimentelle Feuerverzinkungsvorrichtung. In Fig. 1 sind dargestellt: ein Feuerverzinkungs-Behälter 7 mit einem Feuerverzinkungsbad 3, ein Stahlband 1, ein über dem Behälter 7 angeordneter Schacht 2 zur Einführung des Stahlbands 1 in das Verzinkungsbad 3, eine im Verzinkungsbad 3 angeordnete Umlenk- bzw. Sinkrolle 4 zur Umlenkung der Bewegungsrichtung des Stahlbands 1 in Abwärtsrichtung, zwei im Verzinkungsbad 3 in der Nähe seiner Oberfläche angeordnete Klemmwalzen 5 zum Festhalten des Stahlbands 1, zwei unmittelbar über der Oberfläche des Verzinkungsbads j angeordnete Schlitzdüsen 6. über welche ein Gas gegen die Oberfläche des Stahlbands 1 ausblasbar ist, um die Dicke der auf der Oberfläche des Stahlbands 1 gebildeten Verzinkungsschicht einzustellen, am Boden des Behälters 7 abgesetzter Bodensatz 8 und ein mit einem korrosionsfesten Propeller 9' versehenes Rührwerk 9.

In die vorstehend beschriebene Vorrichtung gemäß Fig. 1 wurde ein Verzinkungsbad 3 mit einer freien Al-Konzentration von etwa 0,18 Gew.-% eingefüllt, worauf das Stahlband 1 auf übliche Weise einer Feuerverzinkung unterworfen wurde, während das Verzinkungsbad 3 gerührt bzw. umgewälzt wurde, indem der Propeller 9' des Rührwerks 9 mit einer Drehzahl von 200 U/min umlief.

F i g. 2 ist eine graphische Darstellung der zeitabhängigen Änderungen der freien Al-Konzentration im Verzinkungsbad 3 während dieser Feuerverzinkung des Stahlbands 1. Gemäß F i g. 2 nimmt die freie Al-Konzentration im Verzinkungsbad 3 im Zeitverlauf ab, um nach etwa 60 min einen Wert von etwa 0,13 Gew.-^ zu erreichen und auf einen Gleichgewichtszustand überzugehen. Der Bodensatz 8 wird dabei in einen Oberflächensatz umgewandelt, der auf der Oberfläche des Verzinkungsbads 3 schwimmt Eine Untersuchung des Oberflächensatzes ergab etwa gleiche Werte für AI und Fe in Gew.-%. Eine mikroskopische Untersuchung des Oberflächensatzes zeigte eine deutliche Fe₂Al₅-PlIaSe. Die Ergebnisse dieses Versuchs belegen, daß durch das

go Rühren bzw. Umwälzen des Al enthaltenden Verzinkungsbads im Behälter die Umsetzung des Bodensatzes mit dem im Bad enthaltenen Al beschleunigt wird, wobei der Bodensatz in einen Oberflächensatz umgesetzt wird, der während des Feuerverzinkungsvorgangs leicht aus

μ dem Behälter abgeschöpft werden kann.

Der Al-Gehalt des in der beschriebenen Vorrichtung feuerverzinkten Stahlbands wurde sodann untersucht Dabei ergab sich in der Oberflächenlage der Zinkschicht

ein Al-Gehalt von etwa 0,13Gew.-%, d. h. entsprechend der freien Al-Konzentration im Verzinkungsbad, nachdem dieses seinen Gleichgewichtszustand erreicht hat. Dieser Wert ist kleiner als der Al-Gehalt von 0,14 bis 0,20 Gew.-% in der Oberflächenschicht einer ohne Rühren des Verzinkungsbatls hergestellten Verzinkung bzw. Zinkschicht. Dieser Umstand läßt ebenfalls darauf schliuiten, daß die Umsetzung des Bodensatzes mit Al im Verzinkungsbad den Gleichgewichtszustand erreicht hat.

Wie erwähnt, stimmt der Al-Gehalt im Oberflächenbereich der Zinkschicht im wesentlichen mit der freien Al-Konzentration im Verzinkungsbad überein, während der Al-Gehalt in der gesamten Zinkschicht höher ist als die freie Al-Konzentration im Verzinkungsbad. Dies ist π auf die Bildung einer FejAU-Schicht an der Grenzfläche zwischen der Fe-Schicht und der Zn-Schicht des verzinkten Stahlbands zurückzuführen. Ein größerer Anteil dieser FejAis-Schicht führt zu einem höheren Al-Gehalt in der gesamten Verzinkung. Im tatsächlichen Betrieb werden jedoch die Bedingungen für die Entstehung der FejAU-Schicht zwischen der Fe-Schicht und der Zn-Schicht des Stahlbands, beispielsweise die Verweilzeit des Stahlbands im Verzinkungsbad (d. h. Verzinkungsstraßengeschwindigkeit) und Temperatur 2i des Verzinkungsbads, innerhalb eines vergleichsweise engen Bereichs festgelegt. Aus diesem Grund wurde die Beziehung zwischen! dem Al-Gehalt der gesamten Zinkschicht und ihrer Dicke bei dem mittels der beschriebenen Vorrichtung feuerverzinkten Stahlband untersucht.

Die Ergebnisse dieser Untersuchung finden «ich in Fig. 3. Gemäß Fig. 3 ist der Al-Gehalt der gesamten Zinkschicht zu ihrer Dicke umgekehrt proportional. Sobald sich nämlich in der Zinkschicht eine FejAU-Schicht einer bestimmten Größe gebildet hat, führt eine etwaige Vergrößerung der Dicke der Zinkschicht nicht mehr zu einer Zunahme des Anteils der FepAls-Schicht, sondern zu einer Zunahme der abgelagerten Zn-Menge.

Anschließend wurde ein Versuch durchgeführt, bei dem ein Suhlband feuerverzinkt wurde, während die freie Al-Konzentration im Verzinkungsbad auf die im tatsächlichen Betrieb erforderliche Größe eingestellt wurde. Im tatsächlichen Betrieb wird ein Teil des im Verzinkungsbad enthaltenen Al durch Umsetzung mit Fe verbraucht. Unter Berücksichtigung dieses Umstands wurde die für die Umsetzung des Bodensatzes in den Oberflächensatz nötige freie Al-Konzentration für verschiedene Größen der Dicke der Zinkschicht ermittelt, und zwar unter Berücksichtigung des Al-Verbrauchs bei der genannten Umsetzung mit Fe; auf diese Weise wurde die dem Verzinkungsbad zuzusetzende Al-Menge eingestellt Das Stahlband wurde sodann unter Steuerung der Al-Zugabe und bei Umwälzung des Verzinkungsbads auf die beschriebene Weise feuerverzinkt

Bei diesem Verfahren konnte die Al-Konzentration im Verzinkungsbad auch bei unterschiedlichen Dicken der Zinkschicht des Stahlbands im Bereich von 0,14 bis 0,18 Gew.-% erhalten werden. Aluminiumzusätze in der Größenordnung zwischen 0,05% und etwa 0,2% sind allerdings bekannt (vgl. »Metall«, Seite 130). Der Bodensatz (FeZn?) wurde durch Umsetzung mit Al in den Oberflächensatz (Fe2AU) umgewandelt Während somit bei einem bisherigen Verfahren die freie Al-Konzentration im Verzinkungsbad mindestens 0,45 Gew.-% betragen muß, um die Bildung von Bodensatz zu vermeiden, reichte beim vorstehend ,beschriebenen Verfahren eine Al-Konzentration im Verzinkungsbad von 0,32 Gew.-% aus. Infolgedessen wurde weniger Fe von dem in das Verzinkungsbad eingeführten Stahlband, von der im Bad eingetauchten Sinkrolle, den Klemmwalzen und anderen, im Verzinkungsbad befindlichen Einrichtungen gelöst. Auf diese Weise wurden Oberflächenunregelmäßigkeiten der Umlenk- bzw. Sinkrolle sowie der Klemmwalzen aufgrund unregelmäßiger Korrosion weitgehend herabgesetzt, so daß ein Produkt mit verbessertem Aussehen erhalten werden konnte. Außerdem wurden dabei ungünstige Auswirkungen auf die anschließende Verzinkungs-Glühbehandlung der Zinkschicht und die chemische Behandlung zur Herstellung eines Grundierüberzugs auf dem verzinkten Stahlband vermieden.

Bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren, bei dem das Verzinkungsbad gerührt bzw. umgewälzt und die Al-Konzentration im Verzinkungsbad eingestellt wird, ergaben sich jedoch, obgleich uäinii die bei bisherigen Verfahren auftretenden Probleme vermieden werden konnten, die folgenden Schwierigkeiten:

1. Durch das Rühren des Verzinkungsbads wird der am Boden des Verzinkungsbehälters befindliche Bodensatz aufgewirbelt, so daß er sich auf der Oberfläche der Zinkschicht des feuerverzinkten Stahlbands absetzt und Oberflächenfehler des Produkts hervorruft

2. Bei der Einstellung der freien Al-Konzentration im Verzinkungsbad auf den für den tatsächlichen Betrieb erforderlichen Wert muß die Menge des zugesetzten Aluminiums in Abhängigkeit von der Dicke der Zinkschicht eingestellt werden. Da jedoch die Al-Zugabe zum Verzinkungsbad mittels eines Al enthaltenden Zinkblocks erfolgt, erfordert die einwandfreie Einstellung der zugesetzten Al-Menge die Bereitstellung verschiedener Arten von Zinkblöcken mit unterschiedlichen Al-Gehalten, was sich als nicht praktisch erweist.

3. Wenn die Feuerverzinkung unter Einstellung de' freien Al-Konzentration im Verzinkungsbad auf die in der Praxis erforderliche Größe während einer längeren Zeit durchgeführt wird, tritt eine Dispersion eines Teils des Oberflächensatzes durch das gesamte Verzinkungsbad hindurch auf. Infolgedessen erhöht sich die Viskosität des Verzinkungsbads beträchtlich, während Oberflächensatz und Verzinkungsbad an den Stellen erstarren, an denen die Strömung des Verzinkungsbads im Behälter stagniert, beispielsweise hinter den Trägern der Sinkrolle und der Klemmwalzen. Durch diese Verfestigung werden der Feuerverzinkungsvorgang und das Abschöpfen oder Austragen des Oberflächensatzes stark beeinträchtigt

Der Erfindung liegen nun die vorstehend geschilderten Erkenntnisse zugrunde.

Im folgenden sind das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung anhand von Fig.4 und 5 im einzelnen erläutert

F i g. 4 veranschaulicht schematisch eine Ausführungsform einer Feuerverzinkungsvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens für die kontinuierliche Feuerverzinkung eines Stahlbands. F i g. 5 veranschaulicht die Vorrichtung nach F i g. 4 im Schnitt längs der Linie A-A. Die Vorrichtung umfaßt einen Feuerverzinkungsbehälter 7, der ein Verzinkungsbad 3 enthält Der Behälter 7 ist durch eine lotrechte

Trennwand 12 in eine Verzinkungskammer 10 und eine Reaktionskammer 11 unterteilt. Der Boden 10' der Verzinkungskammer 10 ist in Richtung auf die Reaktionskammer U abwärts geneigt und mit deren waagerechtem Boden 11' verbunden, der tiefer liegt als der Boden 10. Das untere Ende der lotrechten Trennwand 12 befindet sich in einem Abstand über dem Boden 10' der ^verzinkungskammer 10 unter Festlegung eines Spalts oder Zwischenraums 12' einer vorbestimmten Größe. In einem Randteil des oberen Endabschnitts der Trennwand 12 ist eine öffnung 14 vorgesehen, deren freier Öffnungsquerschnitt mittels einer lotrecht bewegbaren Stauplatte 15 frei einstellbar ist. Die beiden Kammern 10 und 11 stehen daher über den Spalt 12' und die öffnung 14 in Verbindung miteinander.

Über der Verzinkungskammer 10 befindet sich ein Schacht 2 zur Einführung eines Stahlbands in das in der Verzinkungskammer 10 enthaltene Feuerverzinkungsbad 3. Weiterhin befinden sich im Verzinkungsbad 3 in der Verzinkungskammer 10 eine Umlenk- bzw. Sinkrolle 4 zur Umkehrung der Bewegungsrichtung des Stahlbands in Aufwärtsrichtung sowie zwei Klemmwalzen 5 zum Festhalten des Stahlbands 1. Unmittelbar oberhalb der Oberfläche des Verzinkungsbads 3 befinden sich zwei Schlitzdüsen 6 zum Aufblasen eines Gases auf die Oberfläche des Stahlbands 1 zwecks Einstellung der Dicke der auf dem Stahlband gebildeten Zinkschicht. In der Reaktionskammer 11 ist ein Rührwerk 9 angeordnet, das an seinem unteren Ende einen korrosionsbeständigen, durch einen Motor in Drehung versetzbaren Propeller 9' trägt, der sich innerhalb der Reaktionskammer 11 in der Nähe ihres Bodens befindet. In der Reaktionskammer 11 ist weiterhin ein Zinkblock 13, der Aluminium in einer vorbestimmten Menge enthält, mittels eines Hakens 17 so aufgehängt, daß er in das Verzinkungsbad 3 in der Reaktionskammer 11 eintaucht.

Bei der beschriebenen Vorrichtung wird das Stahlband 1 in das Verzinkungsbad 3 in der Verzinkungskammer 10 über den Schacht 2 eingeführt, während der Propeller 9' des Rührwerks 9 umläuft. Nach der Umlenkung durch die Sinkrolle 4 läuft das Stahlband 1 durch die beiden Klemmwalzen 5 und sodann zwischen den beiden unmittelbar über dem Verzinkungsbad 3 angeordneten Schlitzdüsen 6 hindurch. Durch das aus den Schlitzdüsen 6 austretende Gas wird die Dicke der Zinkschicht auf der Oberfläche des Stahlbands 1 eingestellt, so daß ein feuerverzinktes Stahlband erhalten wird.

Der sich beim Feuerverzinkungsvorgang am Boden 10' absetzende Bodensatz (FeZn;) 8 verlagert sich langsam auf der Schrägfläche des Bodens 10' durch den Spalt 12' hindurch in die Reaktionskammer 11, wo er aktiv mit dem im Verzinkungsbad 3 enthaltenen Al unter der Rührwirkung des Rührwerks 9 reagiert und in den Oberflächensatz (Fe2Als) 16 umgesetzt wird, der innerhalb der Reaktionskammer 11 zur Oberfläche des Verzinkungsbads aufschwimmt In der Verzinkungskammer 10 befindet sich die Umsetzung zwischen dem Bodensatz 8 und dem im Verzinkungsbad 3 enthaltenen Al im Gleichgewichtszustand, wobei die freie Al-Konzentration im Verzinkungsbad 3 im Bereich von 0,12 bis 0,14 Gew.-% gehalten wird. Unter der Wirkung des Rührwerks 9 zirkuliert das Verzinkungsbad 3 im Behälter 7 von der Verzinkungskammer 10, durch den Späh \£ in die Reaktionskammer H und von dieser über die Öffnung 14 in die Verzinkungskammer 10, wie die» durch· die Pfeile in F i g. 4 und 5 veranschaulicht ist Da der Oberflächensatz 16 auf der Oberfläche des Verzinkungsbaihs 3 in der Reaktionskammer 11 durch die Staubplatte 15 zurückgehalten wird, kann er nicht in die Verzinkunsskammer 10 eintreten. Infolgedessen besteht keine Gefahr für ein Anhaften von Oberflächensatz an der Oberfläche des Stahlbands 1.

Wie mehrfach erwähnt, erfolgt die Zugabe von Aluminium zum Verzinkungsbad 3 durch Eintauchen des Zinkblocks 13, der Al in vorbestimmter Menge ίο enthält, in das in der Reaktionskammer 11 befindliche Verzinkungsbad 3. Der Al-Gehalt des Zir.kblocks 13 kann im Bereich von 0,25 bis 0,40 Gew.-°/o liegen. Dieser Al-Gehalt des Zinkblocks wird auf der Grundlage der vorher beschriebenen Versuchsergebnisse bezüglich der Beziehung zwischen dem Al-Gehalt in der gesamten Zinkschicht und deren Dicke entsprechend eiern mittleren Al-Bedarf für die Dicke der Zinkschient während einer Betriebsperiode gewählt. Infolgedessen resultiert die Größe der Dicke der Zinkschicht (Verzinkung) in einem Überschuß oder einem Mangel an Al im Verzinkungsbad 3, was wiederum zu Schwankungen der Menge an Bodensatz 8 in der Reaktionskammer 11 führt. Da jedoch der gesammelte Bodensatz 8 nur in geringer Menge und nur in der Reaktionskammer 11 vorhanden ist, hat er keinen schädlichen Einfluß auf das verzinkte Stahlband 1.

Da die Reaktion des Bodensatzes 8 mit Al im Verzinkungsbad 3 im Gleichgewichtszustand ist. bleibt die freie Al-Konzentration im Verzinkungsbad 3 in der Verzinkungskammer 10, wie erwähnt, im Bereich von 0,12 bis 0,14 GeW₁-⁰A. Bei einer freien Al-Konzentration von unter 0.12 Gew.-% kann die Entstehung von Bodensatz 8 zunehmen, während bei einer freien Al-Konzentration von wesentlich über 0.14 Gew.-% die Menge des von dem Stahlband I, der Sinkrolle 4, den Klemmwalzen 5 usw. gelösten Fe zunimmt. Aus diesem Grund sollte die genannte freie Al-Konzentration im Verzinkungsbad in der Verzinkungskammer 10 vorzugsweise im Bereich von 0.12 bis 0.14 Gew.-% liegen.

Der auf der Oberfläche des Verzinkungsbads 3 in der Reaktionskammer 11 schwimmende Oberflächensatz 16 kann ohne Unterbrechung des Feuervertinkungsvorgangs leicht z. B. mittels eines Schöpflöffels oder dgl. abgeschöpft werden. Im Verlauf des Feuerverzinkungs-Vorgangs liann an der Oberfläche des Verzinkungsbads 3 in der Verzinkungskammer 10 ebenfalls etwas Oberflächensatz entstehen. Dabei besteht jedoch keine Gefahr für ein Anhaften dieses Oberflächensatzes am Stahlband 1, weil zum einen die Entstehungsmenge

so dieses Oberflächensatzes gering ist und zum anderen dieser Oberflächensatz ebenfalls auf einfache Weise und ohne Betriebsunterbrechung vom Verzinkungsbad in der Verzinkungskammer 10 abgeschöpft werden kann.

Auch wenn die Menge des anfallenden Bodensatzes 8 aufgrund einer Unterbrechung des genannten Reaktions-Gleichgewichts zwischen Bodensatz 8 und Al im Bad 3 zunimmt setzt sich dieser Bodensatz 8 am Boden der Reaktionskammer 11 und kaum am Boden der Verzinkungskammer 10 ab. Der Bodensatz 8 kann somit

-o ohne weiteres und ohne Betriebsunterbrechung aus der Reaktionskammer 11 entfernt werden. Durch Einstellung der Größe der öffnung 14 in der Trennplatte 12 mittels der Stauplatte 15 entsprechend der anfallenden Menge an Oberflächensatz 16 in der Reaktionskammer H kann ein Überströmen von Oberflächensatz 16 von der Reaktionskammer ί ί in die Verzinkungskammer iO verhindert werden. Das Rührwerk 9 in der Reaktionskammer 11 kann durch eine Pumpe zum Umwälzen der

Metallschmelze, eine elektromagnetische Pumpe oder eine Spule bzw. Düse ersetzt werden.

Im folgenden ist die Erfindung anhand eines speziellen Beispiels näher erläutert.

Beispiel

Bei der Feuerverzinkungsvorrichtung mit dem Aufbau gemäß Fig.4 und 5 enthielt der Feuerverzinkungs-Behälter 7 ein Verzinkungsbad 3 in einer Menge von 150 t mit einer freien Al-Konzentration von 0,16 bis _!0 0,18 Gew.-%. Das Bad 3 füllte über den Spalt 12' und die öffnung 14 die Verzinkungskammcr 10 und die Reaktionskammer 11 aus. Der Boden der Verzinkungskammer 10 besaß ein Gefälle von 30". Das Bad 3 wurde durch den mi». 200 U/min umlaufenden Propeller 9' des _r, Rührwerks 9 in einer Strömungsmenge von 100 t/h umgewälzt.

Unter den vorstehend angegebenen Bedingungen wurde ein Stahlband 1 mit einer Breite von 914 mm und einer Dicke von 0,4 mm über den Schacht 2 mit einer Geschwindigkeit von 80 m/min kontinuierlich in das Bad 3 in der Verzinkungskammer 10 eingeführt, während der Propeller 9' des Rührwerks 9 umlief. Die Beschichtungsmenge der Zinkschicht bzw. der Verzinkung auf dem um die Sinkrolle 4 und durch die Klemmwalzen 5 laufenden Stahlband I wurde mittels der unmittelbar über der Oberfläche des Verzinkungsbads 3 angeordneten Schlitzdüsen 6 auf 230 g/m² eingestellt.

Bei diesem Feuerverzinkung,„vorgang stellte sich die >reie Al-Konzentration im Bad 3 in der Verzinkungskammer 10 auf 0,14 Gew.-% ein. Der sich in der Verzinkungskammer 10 bildende und auf dem Boden 10' absetzende Bodensatz 8 (FeZn?) verlagerte sich dabei auf der Schrägfläche des Bodens 10' durch den Spalt 12 „ hindurch nahezu ohne Umsetzung mit Al in die Reaktionskammer 11. In letzterer wurde der Bodensat/' unter der Wirkung des Rührwerks 9 aktiv mit dem im Bad 3 in der Reaktionskammer 11 enthaltenen Aluminium umgesetzt und zu Oberflächensatz 16 (Fe₂Al₅) umgesetzt der in der Reaktionskammer 11 zur Oberfläche des Bads 3 aufschwamm.

Dieser Oberflächensatz 16 ließ sich ohne weiteres von Zeit zu Zeit mittels eines geeigneten Werkzeugs aus der Reaktionskammer 11 entfernen, ohne den Betrieb in irgendeiner Weise zu stören. An der Oberfläche C¹JS hergestellten verzinkten Stahlbands 1 haftete nahezu kein Oberflächensatz an. so daß das Aussehen des Produkts nicht beeinträchtigt wurde. Da die freie Al-Konzentration im Verzinkungsbad 3 in der Verzinkungskammer 10 auf einem niedrigen W°rt gehalten wurde, war nur eine geringfügige 'ösung von Fe von den erwähnten, in das Verzinkungabad 3 eintauchenden Teilen zu beobachten. Infolgedessen wurde die Entste hung von Oberflächenunregelmäßigkeiten an der Sinkrolle 4 und an den Klemmwalzen 5 verhindert, so daß das hergestellte verzinkte Stahlband ein nusge zeichnetes Oberflächenaussehen besaß.

Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung bieten die folgenden industriellen Nutzeffekte:

1. Der beim Feuerverzinken des Stahlbands 1 in der Verzinkungskammer 10 entstehende Bodensatz wird in der getrennten Reakiiuiiskaiiimei ii in einen Oberflächensatz umgewandelt. Infolgedessen kann nicht nur dieser Oberflächensatz von Zeit zu Zeit ohne Unterbrechung des Betriebs entfernt werden, vielmehr besteht auch keine Gefahr d.if.ir. daß der Oberflächensatz an der Oberfläche des hergestellten verzinkten Stahlbands anhaftet und daher dessen Aussehen beeinträchtigt.

2. Aufgrund der niedrigen freien Al-Konzentratiuii im Verzinkungsbad 3 in der Verzinkungskammor 10 löst sich nur wenig Fe vom Stahlband, von der Sinkrolle, von den Klemmwalzen und dgl. im Verzinkungsbad befindlichen Teilen. Auf der Sinkrolle auf den Klemmwalzen entstehen somit keine Oberflächenunregelmäßigkeiten, so daß Oberflächenfehler am verzinkten Stahlband vermieden werden können.

J. Aufgrund der niedrigen Al-Konzentration im Bad 3 in der Verzinkungskammer 10 ist außerdem die Fe;-Mi-Schicht in der Zinkschicht des hergestellten verzinkten Stahlband; dünn. Infolgedessen ergeben sich keinerlei Schwierigkeiten bei der anschließenden Verzinkungs-Glühbehandlung der Zinkschicht bzw. der Verzinkung und der folgenden chemischen Behandlung zur Ausbildung einer GnirJierungsschicht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum kontinuierlichen Feuerverzinken eines Stahlbands, wobei ein Stahlband kontinuierlich in ein Aluminium enthaltendes Verzinkungsbad in einem Feuerverzinkungs-Behälter eingeführt und wobei die Dicke der auf der Oberfläche des Stahlbands gebildeten Verzinkung unmittelbar über dem Bad auf eine vorbestimmte Größe eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuervsrzinkungs-Behälter durch eine lotrechte Trennwand, die an ihrem unteren Ende einen Spalt festlegt und im oberen Endteil eine öffnung mit verstellbarem Öffnungsquerschnitt aufweist, in eine Verzinkungs- und eine Reaktionskammer unterteilt wird, daß der Boden der Verzinkungskammer in Richtung auf den Boden der Reaktionskammer abfallend ausgebildet wird, wobei die beiden Kammern 2ber den Spalt und die Öffnung miteinander verbunden sind, und das im Behälter enthaltende Verzinkungsbad durch ein in der Reaktionskammer angeordnetes Rührwerk mit einer Konvektionsströmung durch den Spalt und die öffnung zwischen beiden Kammern in Umwälzbewegung versetzt wird, daß unter Aufrechterhaltung des Rührens ein Stahlband kontinuierlich in das Verzinkungsbad eingeführt und der beim Feuerverzinken entstehende und sich auf dem Boden absetzende Bodensatz (FeZn₇) längs des geneigten Bodens der Verzinkungskammer durch die Strömung zum Boden der Reaktionskammer gebracht wird, daß der Bodensatz in d«r Reaktionskammer unter der Rührwirkung des Rührwerks aktiv mit dem im Verzinkungsbad entha: enden Aluminium umgesetzt und dabei in einen Oberflächensatz (Fe2Alf) umgewandelt wird und der auf der Oberfläche des Bads in der Reaktionskammer schwimmende Oberflächensatz während der Behandlung praktisch vollständig aus der Reaktionskammer entfernt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die freie Aluminiumkonzentration im Verzinkungsbad in der Verzinkungskammer so, daß die Reaktion des Bodensatzes mit dem Aluminium im Verzinkungsbad in der Verzinkungskammer im Gleichgewichtszustand verbleibt, im Bereich von 0,12 — 0,14 Gew.-% gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zinkblock mit einem Aluminiumgehalt von 0,25 bis 0,40 Gew.-°/o in das Verzinkungsbad in der Reaktionskammer eingetaucht wird und dadurch verbrauchtes Zink und Aluminium ergänzt werden.

4. Vorrichtung zum kontinuierlichen Feuerverzinken eines Stahlbandes mit einem Behälter zur Aufnahme des Verzinkungsbades, einer Umlenkbzw. Sinkrolle und zwei Klemmwalzen, die in das Bad eingetaucht sind, und einer unmittelbar über der Oberfläche des Verzinkungsbades angeordneten Einrichtung zur Einstellung der Dicke der auf der Oberfläche des Stahlbands ausgebildeten Zinkschicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuerverzinkungsbehälter (7) zur Aufnahme des Bades (3) durch eine lotrechte Trennwand (12) in eine Verzinkungskammer (10) und eine Reaktionskammer (ti) unterteilt ist, daß der Boden (10') der Verzinkungskammer (10) nach unten in Richtung auf die Reaktionskammer (11) geneigt und mit deren waagerechtem Boden (H'), der tiefer liegt als der Boden (10') der Verzinkungskammer (10), verbunden ist, daß das unterste Ende der lotrechten Trennwand (12) in einem Abstand vom Verziiikungskammer-Bodcn (10') angeordnet ist, so daß zwischen diesem untersten Ende und dem Boden (10') ein Spalt (12') festgelegt ist, daß die Trennwand (12) in ihrem oberen Endteil eine öffnung (14) aufweist, deren Öffnungsquerschnitt mittels einer Stauplatte (15) einstellbar ist, wobei beide Kammern über den Spalt (12') und die Öffnung (14) miteinander in Verbindung stehen, daß die Sinkrolle (4) und die beiden Klemmwalzen (5) in der Verzinkungskammer (10) angeordnet sind, und daß in der Reaktionskammer (11) ein Rührwerk (9) zum Rühren bzw. Umwälzen des im Behälter (7) enthaltenen Verzinkungsbads (3) angeordnet ist

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß das Rührwerk (9) am unteren Ende mit einem Propeller (9') versehen ist, der sich in der Reaktionskammer (11) in der Nähe ihres Bodens (H') befindet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rührwerk eine in der Reaktionskammer (11) ic· der Nähe ihres Bodens (1Γ) angeordnete Pumpe ist

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß das Rührwerk eine an der Außenfläche der Seitenwand der Reaktionskammer (11) angeordnete Induktionsspule ist.