DE3028285C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Säubern von Metallbändern,
die mit Hilfe eines mehrstufigen Kaltwalzverfahrens hergestellt werden, durch Aufsprühen
einer Reinigungslösung unter erhöhtem Druck und unter erhöhter Temperatur auf die Ober-
und Unterfläche des Metallbandes unmittelbar vor dem letzten Walzgang.
Kaltgewalzte Stahlbleche werden z. B. für Autokarosserien,
Verkleidungen für elektrische Haushaltsgeräte etc. verwendet.
Nach dem Kaltwalzen werden z. B. Wärmebehandlungen, Phosphatierungen
und ähnliche Verfahren durchgeführt. Da das Kaltwalzen
von Stahlblechen in Gegenwart eines Walzöls durchgeführt
wird, bleiben das Walzöl und der durch Abrieb entstandene
Metallstaub nach dem Kaltwalzen auf den Stahlbelchoberflächen
haften. Führt man die Wärmebehandlung durch, wenn
das Walzöl und der Metallstaub noch auf der Stahlblechoberfläche
haften, so bleiben Kohlenstoff und Metallstaub nach
der Wärmebehandlung auf den Oberflächen des Stahlblechs zurück.
Selbst wenn daher Nachbehandlungen, z. B. eine chemische
Umwandlungsbehandlung, durchgeführt werden, läßt sich eine
Qualitätsverschlechterung der behandelten Oberflächen nicht
vermeiden, so daß keine brauchbaren Produkte erhalten werden.
Es ist daher allgemein üblich, die Stahlbleche einer Tauchreinigung
oder elektrolytischen Reinigung zu unterziehen, um
Stahlbleche mit sauberen, wärmebehandelten Oberflächen zu
erhalten.
Die elektrolytische Reinigung erfolgt üblicherweise bei einer
Lösungstemperatur über 80°C (zumindest über 60°C) und erfordert
eine wäßrige Alkalilösung, um der Lösung elektrische
Leitfähigkeit zu verleihen. Nach dem Säubern muß die Metallplatte
mit Wasser gespült werden, um anhaftende Alkalien zu
entfernen. Für diese Behandlungen sind dementsprechend große
Vorrichtungen erforderlich, und die Verarbeitungskosten der
Stahlbleche nehmen erheblich zu. Dieses Verfahren hat außerdem
den Nachteil, daß große Abwassermengen anfallen, die Öl und
Alkalien enthalten. Ferner ist die Installation der Bearbeitungsanlage
mühsam und kostspielig.
Es ist auch ein weiteres Säuberungsverfahren vorgeschlagen worden,
bei dem die auf den Oberflächen der Stahlbleche während
der Wärmebehandlung abgeschiedene Menge an Kohlenstoff dadurch
verringert wird, daß man die Zusammensetzung des Walzöls verbessert.
Bei diesem Verfahren verdampft jedoch ein Teil des
Walzöls, das in die Glühatmosphäre eingetreten ist, während
der Temperaturerhöhung zur Wärmebehandlung und wird mit dem
Glühgas aus dem System herausgeführt. Der größte Teil des Walzöls
bildet in Gegenwart von Wasserstoff Kohlenstoff auf den
Oberflächen der Stahlbleche entweder durch Abscheiden von
zersetztem Kohlenstoff in Gegenwart von Wasserstoff oder durch
Zersetzen von Kohlenwasserstoffen zu niederwertigen Kohlenwasserstoffen.
Der beim Walzen entstehende Eisenstaub bleibt
auf den Oberflächen der Stahlbleche haften und beeinträchtigt
die Korrosionsbeständigkeit der lackierten Produkte.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Säuberungsverfahren
für Stahlbleche bereitzustellen, das
auf einfache Weise eine wirksamere Reinigung und einen hohen Reinigungsgrad
gewährleistet und gleichzeitig die Weiterverarbeitbarkeit
der Stahlbleche begünstigt. Dieser Effekt soll mit
geringeren Kosten erzielt werden. Ferner soll bei dem Verfahren
kein schädliches Abwasser entstehen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches
gelöst.
Die beanspruchte und ausweislich der späteren Versuchsergebnisse
als vorteilhaft belegte Arbeitsweise wurde auch
durch den sich des Aufsprühens von Reinigungslösungen
bedienenden Standes der Technik nicht nahegelegt. So ist in
der US-PS 22 34 153 zwar die Reinigung von in einem
mehrstufigen Kaltwalzvorgang gewalztem Metallband durch
Aufsprühen einer erwärmten und unter Druck stehenden Lösung
vor dem letzten Walzgang beschrieben worden, indessen
fehlen dort jedwede konkrete Angaben über die Temperatur
und den Druck. Auch ist kein Gehalt an schleifend wirkenden
Substanzen, geschweige denn an den bestimmten Phosphaten
vorgesehen. Aus der DE-OS 19 31 801 ist es bekanntgeworden,
nach der Durchführung des Walzens das Metallband
durch Aufsprühen von Wasser mit einem Druck von mindestens
17 bar bis hin zu 700 bar zu reinigen. Auch im Falle der
DE-OS 27 09 979 werden die Stahlbleche erst nach dem
Kaltwalzen gereinigt: dies geschieht dort dadurch, daß
zunächst auf die Blechoberfläche ein Netzmittel gegeben
wird und danach unter hohem Druck stehendes Frischwasser
zur Aufsprühung gelangt. Gemäß der DE-OS 23 52 733 wird der
einem Kaltwalzwerk zugeführte Bandstahl zur Entfernung
einer Oxidschicht mit einer Flüssigkeit abgestrahlt, die
abrasive Festkörperteilchen wie Sand enthält; von
Schleifkörnern auf Phosphatbasis ist dort nicht die Rede.
Anmeldungsgemäß führt aber gerade der Gehalt an den
bestimmten Phosphaten in der Reinigungslösung zu einer
besseren Weiterverarbeitbarkeit der Stahlbleche
insbesondere bei dem späteren Phosphatieren.
Der im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Säubern von
Metallbändern (auch bezeichnet als Stahlbleche),
bei dem man auf beide Oberflächen eines Bandes
unmittelbar vor und nach dem letzten Walzen des
Kaltwalzverfahrens eine unter hohem Druck stehende und erwärmte Lösung
sprüht, einzuhaltende Zusammenhang zwischen Temperatur und Druck wird durch die folgende Ungleichung
definiert:
(T) ³ × P < 3,5 × 10⁵
wobei T die Temperatur der Reinigungslösung in °C und P den
Druck der Reinigungslösung in Bar bedeuten. Je höher die
Temperatur und der Druck des versprühten Wassers sind, desto
wirksamer erfolgt die Entfernung des Walzöls und des Metallstaubs
und desto geringer ist die für diesen Zweck zu versprühende
Wassermenge.
Durch Einmischen von Schleifkörnern, die mindestens eines der Phospahte Eisenphosphat,
Zinkphosphat, Calciumphosphat und Manganphosphat umfassen, in die Sprühlösung zum
Säubern der Stahlblechoberflächen kann die Reinigung wirksamer
durchgeführt werden; das Walzöl und der abgeriebene Metallstaub,
der während dem Kaltwalzen anhaftet, werden mit hohem Reinigungsgrad
entfernt, und die bei der anschließenden Wärmebehandlung auftretenden
Probleme werden vermieden.
Durch Versetzen der Hochdrucklösung mit einem Rostschutzmittel
und/oder einem Tensid kann die Oberfläche bei der Oberflächenbehandlung
auch korrosionsgeschützt werden, wodurch die anschließenden
Behandlungen erleichtert werden.
In den Zeichnungen zeigt
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Reinigungsverfahrens und
Fig. 2 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Temperatur
und dem Druck der erfindungsgemäß verwendeten Reinigungslösung
wiedergibt.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Oberfläche
eines Stahlblechs während dem Walzen gesäubert wird. Das Kaltwalzwerk
hat fünf Gerüste, nämlich ein erstes Gerüst 1, ein
zweites Gerüst 2, ein drittes Gerüst 3, ein viertes Gerüst 4
und ein fünftes Gerüst 5 mit den Walzen 1 a und 1 b, 2 a und 2 b,
3 a und 3 b, 4 a und 4 b bzw. 5 a und 5 b. Das zu walzende Stahlblech
6 läuft in Richtung des Pfeils zwischen den Walzen jedes
Gerüstes. Das gewalzte Stahlblech wird entweder direkt
einer Wärmebehandlungsanlage zugeführt oder z. B. am Ende der
Straße zu einer Rolle aufgerollt. Die Walzen der Gerüste 1
bis 4 werden aus entsprechenden Düsen 7 mit einer Walzölemulsion
8 besprüht. Die Walzölemulsion 8 wird in einem Reinigungstank
9 gesammelt und mit Hilfe einer Pumpe 10 über die Leitung
11 den Düsen 7 zugeführt. Die überschüssige versprühte Walzölemulsion
8 wird von einer Pfanne 12 aufgefangen, die im
unteren Teil der Walzgerüste angeordnet ist. Sie wird dann
über eine Leitung 13 in einem Schmutztank 14 gesammelt. Von
dort strömt sie durch eine Leitung 15 zu einem Hoffman-Filter
16, wird dort gereinigt und mit Hilfe der Pumpe 17 durch die
Leitung 18 wieder in den Reinigungstank 9 zurückgeführt.
In dem gezeigten Kaltwalzwerk versprühen zwei Paare von vertikal
angeordneten Düsen 19 und 20 eine unter hohem Druck stehende
Lösung unmittelbar vor und nach dem fünften Gerüst. Diese
Lösung wird mit einem Erhitzer 22 in einem Reinigungslösungstank
21 auf eine bestimmte Temperatur erhitzt und mit einer
Pumpe 24 durch eine Leitung 23 unter hohem Druck versprüht.
Die verunreinigte Lösung, die das von der Oberfläche des Stahlblechs
entfernte Walzöl und den Eisenstaub enthält, wird mit
einer Pfanne 25 gesammelt und über eine Leitung 26 einem Ölabscheider
27 zugeführt. Der Ölabscheider ist mit einem Ölabstreicher
28 und einer Schlammaustragvorrichtung 29 zum
Säubern der Lösung versehen. Die saubere Lösung wird dann zur
Wiederverwendung wieder in den Reinigungslösungstank 21 zurückgeführt.
Bei diesem Kaltwalzwerk blasen nach dem Entfernen des Walzöls
und des Eisenstaubs durch Besprühen mit der Hochdruck-Reinigungslösung
ein Paar vertikal angeordnete Luftdüsen 30 Druckluft
oder trockene Luft auf beide Oberflächen des Stahlblechs
6, um Tropfen der Reinigungslösung zu entfernen.
Das Streifenblech 6 wird somit in diesem Kaltwalzwerk kontinuierlich
gewalzt. Das Walzen erfolgt unter Zufuhr der Walzölemulsion
nahe jeder Walze des ersten bis vierten Gerüstes,
während vor und nach den Walzen 5 a und 5 b des fünften Gerüstes
5 eine Hochdruck-Reinigungslösung aufgesprüht wird.
Der Sprühdruck der Reinigungslösung muß - wie schon früher dargelegt -
der folgenden Ungleichung genügen:
(T) ³ × P < 3,5 × 10⁵
wobei T die Temperatur der Reinigungslösung in °C und P den
Druck der Reinigungslösung in bar bedeuten.
Die Temperatur der Reinigungslösung liegt mindestens 10°C und vorzugweise
20°C über der Temperatur der Walzölemulsion.
Hierdurch kann ein niedrigerer Sprühdruck angewandt werden;
es ist weniger Reinigungslösung erforderlich, und das anschließende
Sammeln des Walzöls kann leichter erfolgen. Besonders
vorteilhaft ist dabei die Anwendung einer Reinigungslösung
mit einer Temperatur, die über
den Inversionspunkten aller in dem Walzöl verwendeten Additive
liegt.
Unter Anwendung der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtung wird ein
Versuch unter den folgenden Bedingungen durchgeführt:
Walzgeschwindigkeit am fünften Gerüst2000 m/min
Walzölkonzentration am ersten bis vierten
Gerüst3 Gew.-%
Inversionspunkt des Walzöls55°C
Die am fünften Gerüst auf die Ober- und Unterseite zu sprühende
Hochdrucklösung enthält 2 Gewichtsprozent Phosphatschlamm,
ein rostverhütendes anionisches Tensid und 0,3 Gewichtsprozent
Dodecylaminpolyäthylenoxid. Diese Reinigungslösung wird unter
einem Druck von 20 bar mit einem Durchsatz von 200 Liter/min
versprüht, um die Ober- und Unterfläche des Stahlbleches zu
behandeln. Vor dem Aufwickeln wird das Stahlblech mit Druckluft
von 10 bar beblasen, um anhaftende Lösung zu entfernen.
Die auf der Oberfläche des Stahlbleches zurückbleibende
Walzölmenge beträgt weniger als 0,005 g/m². Die nach dem herkömmlichen Verfahren auf dem Stahlblech durchschnittlich zurückbleibende Walzölmenge beträgt 0,5 g/m².
Die Stahlblechrolle wird dann einer üblichen
Kastenglühung unterworfen, wobei die chemische Umwandlung
der Oberfläche des Stahlbleches genauso leicht erfolgt wie
bei einem Blech, das elektrolytisch gereinigt worden ist.
Nach dem Glühen wird die Phosphatierungsfähigkeit geprüft, wobei
sich herausstellt, daß diese im Vergleich zu Stahlblechen,
die nach anderen Methoden behandelt wurden, wesentlich verbessert
ist; siehe Tabelle I.
Die in Tabelle I genannte Zahl von Kristallkeimen wird
3 Sekunden nach dem Phosphatbeizen durch Besprühen gemessen.
Die bei einem elektrolytischen Entfetten (2% Orthokieselsäure,
10 A/dm²) gemessene Zahl der Phosphat-Kristallkeime liegt in der Größenordnung
von Methode II (bekanntes Aufsprühen der Reinigungslösung nach dem Walzen).
Wie schon weiter oben angemerkt erfolgt eine um so
leichtere und vollständigere Entfernung des an dem Streifenblech anhaftenden Walzöls und des
Metallstaubs, je höher die
Temperatur und der Sprühdruck der Reinigungslösung sind. Hierdurch
kann auch die erforderliche Reinigungslösungsmenge verringert
werden. Die Beziehung zwischen der Temperatur und dem Sprühdruck
der Reinigungslösung ist in Fig. 2 dargestellt, wobei
die Fläche rechts von der Kurve den im erfindungsgemäßen Verfahren
anwendbaren Bereich darstellt.
Da die Menge der Sprühlösung durch Erhöhen der Temperatur und
des Sprühdruckes der Reinigungslösung verringert werden kann,
kann der Ölabscheider zum Abtrennen des Walzöls und des Metallstaubs
aus der Reinigungslösung in kompakter Größe hergestellt
werden. Die Tatsache, daß die Reinigungslösungsmenge
verringert werden kann, bedeutet auch, daß die Lösung länger
als in herkömmlichen Verfahren in dem Ölabscheider verbleiben
kann. Dadurch wird die Trennwirkung wesentlich verbessert,
und die Reinigungslösung kann in sauberem Zustand wiederverwendet
werden.
Das Zumischen der Schleifkörner und Tenside zu der unter Druck zu versprühenden Reinigungslösung
ermöglicht, die Stahlblechoberfläche
einer Scheuerbehandlung zu unterziehen, um anhaftende Substanzen,
wie Walzöl und Metallstaub, zu entfernen. Da aber zudem die Schleifkörner
entgegengesetzt geladen sind als das Walzöl und der
abgeriebene Metallstaub, koagulieren sie und erleichtern dadurch
die wirksame Abtrennung der verunreinigenden Substanzen.
Für die Phosphatierung des als Endprodukt erhaltenen Stahlblechs z. B. zur Verwendung
in Automobilen oder lichtelektrischen Anlagen
ist von Vorteil, daß die Schleifkornmaterialien
demselben Kristallsystem angehören, wie das
Phosphat, z. B. unlösliche Phosphate von Zn, Mn und Fe oder der
während der Phosphatierung gebildete Schlamm. Die
sich auf Grund der großen Anzahl von scharfen
Oberflächen gleichmäßig in
die Stahlblechoberfläche "einfressenden" feinen Schleifkörner bleiben
dort auch während des Glühens und der Walzbehandlung zur Qualitätseinstellung.
Unterzieht man ein derartiges Stahlblech einer
üblichen Phosphatierungsbehandlung, so bilden die feinen
Schleifkörner Abscheidungskeime für die Phosphate. Die
Phosphatierungsfähigkeit wird dadurch wesentlich verbessert.
Claims (4)
1. Verfahren zum Säubern von Metallbändern, die mit
Hilfe eines mehrstufigen Kaltwalzverfahrens hergestellt
werden, durch Aufsprühen einer Reinigungslösung
unter erhöhtem Druck und unter erhöhter Temperatur
auf die Ober- und Unterfläche des Metallbandes
unmittelbar vor dem letzten Walzgang,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Reinigungslösung Schleifkörner zugemischt sind,
die mindestens eines der Phosphate Eisenphosphat,
Zinkphosphat, Calciumphosphat und Manganphosphat
umfassen, und die Reinigungslösung unter einem Druck
von mindestens 20 bar und mit einer Temperatur,
die mindestens 10°C über der Temperatur der
Walzöl-Emulsion liegt, unmittelbar vor und nach
dem letzten Walzgang aufgesprüht wird, wobei
zwischen dem Druck in Bar und der Temperatur in
Grad Celsius der durch die Ungleichung (T) ³×P<3,5×10⁵
gebene Zusammenhang eingehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Reinigungslösung
außerdem vor dem vorletzten Walzen aufgesprüht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Reinigungslösung
eine Temperatur aufweist, die über den
Inversionspunkten aller Additve liegt, die in dem
Walzöl enthalten sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß man
die erhaltene verunreinigte Lösung einer Ölabtrennvorrichtung
zuführt, um mindestens 50 Gewichtsprozent
des enthaltenen Öls und Eisens abzutrennen, und
hierauf die Lösung wieder zur Reinigung verwendet.
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