DE3028285C2

DE3028285C2 -

Info

Publication number: DE3028285C2
Application number: DE3028285A
Authority: DE
Inventors: Shoji Kamakura Kanagawa Jp Shimada; Sakae Yokohama Kanagawa Jp Sonoda; Kimio Kawasaki Kanagawa Jp Yokoyama
Original assignee: Nihon Parkerizing Co Ltd
Current assignee: Nihon Parkerizing Co Ltd
Priority date: 1979-07-25
Filing date: 1980-07-25
Publication date: 1988-09-15
Also published as: JPS5841923B2; US4344308A; DE3028285A1; JPS5620170A

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.

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

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.