DE3035000C2

DE3035000C2 - Vorrichtung zum kontinuierlichen Verzinken von kaltgewalztem Stahlband

Info

Publication number: DE3035000C2
Application number: DE19803035000
Authority: DE
Inventors: Albert Ing.(grad.) 5600 Wuppertal Lichte; Hans-Joachim Ing.(grad.) 4130 Moers Platzen; Hans Ing.(grad.) 4100 Duisburg Siber
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1980-09-17
Filing date: 1980-09-17
Publication date: 1983-02-24
Also published as: DE3035000A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Verzinken von kaltgewalzte ι Stahlband.

Normalerweise wird Stahlband nach einem Tauchverfahren verzinki. Dabei durchläuft das Band einen, eine Vorbehandlungseinrichtung bildenden Ofen. Im ersten Teil des Ofens wird die Stahlbandoberfläche von anhaftendem Öl durch Verbrennung bei ca. 450⁰C oder darüber gereinigt. Im zweiten Teil des Ofens wird eine rekristallisierende Schutzgas- bzw. Weichglühung des Bandes bei ca. 900⁰C mit gleichzeitiger Reduktion der im ersten Ofenteil oxidierten Oberfläche mit Wasserstoffgas durchgeführt. Im dritten Ofenteil wird das Band mit gleichem Schutzgas, welches Ammoniak-Spaltgas sein kann, auf ca. 470° C gekühlt.

Danach wird das Band, immer noch unter Schutzgas stehend, in die Zinkschmelze eingeführt, umläuft eine im Zinkbad befindliche Umlenkrolle und verläßt beidseitig mit flüssigem Zink bedeckt das Bad nach oben, wo es in die Außenluft eintritt. Der metallische Überzug bildet eine gut haftende intermetallische Phase mit dem Stahlband und erreicht eine Dicke von ca. 25/1000 mm. Wenn dünnere Beschichtung gewünscht wird, kann dies durch Einsatz von mit Luft betriebenen Abstreifdüsen erreicht werden.

Die Nachfrage der Verarbeiter von kaltgewalztem Stahlband nach einseitig mit Zink beschichtetem Material nimmt ständig zu. Insbesondere ist die Aütofflobilindustfic für die Kärossefieherstellüng an einseitig verzinktem Stahlband interessert.

Ls sind verschiedene Verfahren zur Herstellung von einseitig verzinktem Bandmaterial vorgeschlagen worden. So hat man versucht, nach dem Walzenauftragsverfahrm geschmolzenes Zink einseitig auf Stahlband aufzutragen. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß zur Vermeidung von Oxidation alle Einrichtungen unter Schutzgas stehen müssen und eine Benetzung der Bandrückseite mit Zink nicht ganz vermieden werden kann.

Ein anderes Verfahren für die einseitige Verzinkung arbeitet elektrolytisch. Die Qualität des Produktes genügt zwar den Anforderungen, jedoch erfordert das Verfahren sehr lange Behandlungszeiten des Bandes. Dies hat zur Folge, daß die Anlage außerordentlich lang wird urvd entsprechend hohe Erstellungskosten verursacht Hinzu kommt, daß das Elektrolyseverfahren, insbesondere bei dickeren Beschichtungen, erhebliche Betriebskosten verursacht
Es ist bekannt. Metallband mit Hilfe einer Vakuumbedampfungseinrichtung wahlweise zweiseitig oder einseitig zu beschichten (US-PS 29 96 410). Das Band wird hierbei mit waagerechtem Verlauf vor und hinter einer Umlenkung jeweils über das Beschichtungsmaterial enthaltende Tiegel geführt, so daß jede Brjidseite einmal einem Tiegel zugekehrt isL Soll nur einseitig beschichtet werden, wird einer der Tiegel außer Betrieb gesetzt Es ist auch bekannt in einer Vakuumkammer nur eine Bandsei'e über einen flüssiges Zink enthaltenden Tiegel hinwegzuführen (DE-OS 19 32 812, US-PS

30 43 715).

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche den wahlweisen Betrieb _t<'<s Tauchbeschichtungsanlage, die den Ausgangswerkstoff beidseitig verzinkt und als Anlage gestattet bei der der Ausgangswerkstoff einseitig beschichtet wird. Diese Aufgabe löst die Erfindung mit Hilfe der im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen.

Der grundlegende Vorteil, der sich bei Anwendung der Erfindung ergibt, besteht darin, daß bereits vorhandene Anlagen mit relativ geringem Aufwand in die Lage versetzt werden, nunmehr auch einseitig verzinktes Band zu erzeugen. Da die Nachfrage nach einseitig verzinktem Band zumeist auf Kosten der Nachfrage nach beidseitig verzinkter* Band geht, stellt es keinen Nachteil dar, daß eine erfindungsgemäß ausgeführte Anlage nicht gleichzeitig beide Arten von beschichtetem Material erzeugen kann. Der besondere Vorteil, der sowohl für konventionelle Tauchbad-Be-Schichtungsanlagen, die erfindungsgemäß ergänzt werden, wie auch für neu erstellte, integrierte Anlagen gilt, ist darin zu sehen, daß nach der Erfindung für die die einseitige Beschichtung erzeugende Anlage eine solche vorgeschlagen wird, bei der die Vor- und Nachbehandlungsstufen der nach dem Tauchverfahren arbeitenden Anlage besonders zweckmäßig verwendet werden.

Überraschend hat sich ergeben, daß besondere Maßnahmen, die zur Verbesserung der Qualität des durch Vakuumverdampfung erzeugten Produkts erforderlich sind, sich besonders günstig bei der nach der Erfindung vorgeschlagenen Anordnung durchführen lassen.

So haben Versuche gezeigt, daß zur Regelung der Haftfestigkeit und des Porositälsgrades des durch Vakuumverdampfung aufgetragenen Zinküberzuges besondere Vorkehrungen getroffen werden müssen. Hierzu gehört, daß außer der normal üblichen Reinigung der Bandoberfläche durch vorgeschaltelc Naßbehandlungsstufen im Hochvakuum eine besondere Reinigung der Bandoberfläche notwendig ist. Die Reinigung könnte durch Glimmentladung bewirkt werden. Die hierfür erforderlichen Reinigiings/eiten sind jedoch für eine Hochleistungsanlage zu lang.

Dagegen hat sich gezeigt, daß eine Banderwarmung auf ca. 100° C im Vakuum genügt, um die molekulare Wasserhaut, Gasmoleküle oder möglicherweise noch vorhandene monomolekulare Fettschichten, die auf der zuvor in der Naßstufe behandelten Bandoberfläche zurückgeblieben sind, zu beseitigen.

Bei einer normalen Dünnschichtbedampfung verändert der zu bedampfende Gegenstand seine Temperatur kaum, weil der Bedampfungsvorgang meistens nur Bruchteile von Sekunden dauert und der Wärmetransport durch die Moleküle des Beschichtungsstoffs geringfügig ist Sobald jedoch dickere Schichten aufgetragen werden, spielt die Temperaturzunahme des zu bedampfenden Gegenstandes durch den Wärmetransport der Moleküle und durch die Strahiungsenergie.die von den das aufzudampfende Metall enthaltenen Tiegeln ausgeht, eine erhebliche Rolle. Von dieser Temperatur hängt in erster Linie die Kondensationsfähigkeit ab.

Bei dickeren Schichten kann die Kohasion die Adhäsion überwiesen, so daß starke Spannungen in der Aufdampfungsschicht auftreten, die zu ihrer Ablösung von der Unterlage führen können. Diese Erscheinung kann sich auch bei hohen Aufdampfgeschwindigkeiten ergeben, weil dann die Turbulenz in der Tiegelschmelze so groß wird, daß Metallspritzer die Porosität erhöhen.

Niedrige Verdampfungsgeschwindigkeiten ergeben wiederum hohe Strahlungsverluste an den Tiegeln. Je höher die Verdampfungsgeschwindigkeit gewählt wird, desto besser wird das Verhältnis zwischen nutzbarer Energie und den Abstrahlverlusten. Im Interesse einer guten Beschichtungsqualität sind daher den jeweiligen Höchstwerten Grenzen gesetzt. So wurde eine gute Beschichtungsqualität bei einer Zinkverdampfungsgeschwindigkeit von ca. 14μπι/5εο ermittelt. Hierbei betrug die Verdampfungstempera'Mr ca. 600⁰C. Obwohl Zink schon bei etwa 260⁰C im Vakuum von 0,0133 Pa teilweise sublimiert, sind zum Verdampfen höhere Temperaturen erforderlich, um eine ausreichende Verdampfungsgeschwindigkeit zu erzielen.

Die Grenzen sind durch die Kondensationsfähigkeit des Zinkdampfes auf der Bandoberfläche gegeben. Diese ist noch ausreichend gewährleiste;, wenn die Bandtemperatur durch den Wärmetransport des Dampfes und durch die Strahlungsenergie der Tiegel nicht höher als etwa 210°C wird. Andererseits stellte sich heraus, daß beim Erreichen dieser Temperatur auch eine gute Haftfestigkeit für Zink auf dem Stahlband erreicht wurde. Sie kommt in der Qualität einer Diffusionsgliihung gleich.

Nachfolgendes Beispiel zeigt anhand von Versuchsergebnissen die Temperaturerhöhung des Stahlbandes beim Verzinken bei verschiedenen Band- und Beschichtungsstoff-Dicken, wobei die Tiegelstrahlung nur mit 2 bis 4% an der Temperaturerhöhung des Bandes beteiligt ist.

60

65

Banddicke	Temperaturerhöhung bei dicken von	Zinkschicht-
	doppelseitig 2.5 um/Seite 17.83 g/m u. Seite	einseitig 16 M.m 114.0Rg/m
(mm)	(⁰C)	(⁰C)
0,4 0.3 1 η	*^rA* 27 21	175 87 71

Eine befriedigende Porosität und eine gute Haftfestigkeit des Beschichtungsstoffes werden erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Bedampfung des Bande.« im Vakuumteil bei einer Temperatur erfolgt, die gewährleistet, daß das Band nach dem Zinkauftrag konstant eine Temperatur von beispielsweise 210° C hat. Bei dieser Bandtemperatur ist eine gute Haftfestigkeit des Zinks gewährleistet Andererseits bewirkt die entsprechende Vorwärmung die Beseitigung der molekularen Wasserhaut und der noch auf der Oberfläche haftenden Gasmoleküle. Um diese Bedingungen zu erfüllen, sind jedoch bei dünnen Bändern die gewünschten Vorwärmtemperaturen des Bandes zu hoch. In diesem Falle muß die Schichtdicke reduziert werden, weil sonst keine ausreichende Kondensationsgeschwindigkeit erhalten werden kann, oder aber es ist erforderlich, die Bandoberfläche mit einem Elektronenstrahl zu aktivieren, was ohne wesentliche Banderwarmung erfolgt.

Die Wahl einer dünneren Schichtdicke ist die wirtschaftlichere Lösung. Die erzieh, aren technologischen Eigenschaften aufgedampfter Schichten lassen in bezug auf Porositätsgrad, Duktilität, Haftfestigkeit und Oberflächenaussehen dünnere Auftragsdicken im Vergleich zu den bisher bekannten Verfahren zu.

Eine r.Tindungsgemäße Vorrichtung zum kontinuierlichen Verzinken von kaltgewalztem Stahlband ist in der Abbildung dargestellt.

Im Normalfall - beidseitige Verzinkung - gelangt das Stahlband aus dem Glühofen 1 unter Schutzgas mit Hilfe eines Tauchrüssels 3 in eine Zinkschmelze 2. Aus dieser tritt das mit Zink beschichtete Stahlband senkrecht nach oben über Walzen oder Düsenabstreifer aus. Es durchläuft dann eine Kühlstrecke 4, bevor es nach einer folgenden Nachbehandlungsstufe aufgewikkelt wird.

Soll das Band einseitig verzinkt werden, wird eine Flüssigkeitsschleuse 7 in die Linie gefahren und mit einem einen Vakuumteil bildenden Behandlungsraum 11 verbunden. Ferner wird mit Hilfe eines Kanals 6 eine gasdichte Verbindung zwischen dem Glühofen 1 und der Flüs-iigkeitsschleuse 5 hergestellt. Der Kanal 6 ist zu diesem Zweck zwischen der gezeigten Arbeitsstellung und einer nicht dargestellten Nichtgebrauchsstellung bewegbar. Der Tauchrüssel 3 wird außer Betrieb gesetzt, wenn das Band einseitig verzinkt werden soll.

In einer ersten Vakuumkammer 8 wird für den Bandein- und -austritt ein Grobvakuum von etwa 13 300/Pa erzeugt. In einer zweiten Kammer 9 wird ein Zwischenvakuum von etwa 1 Torr und in einer dritten Kammer 10 ein Feinvakuum von etwa 0.133 Pa erzeugt, während im eigentlichen Behandlungsraum 11 ein Vakuum von etwa 0.0133 Pa hergestellt wird.

In Hin Behandlungsraum der eigentlichen Hochvakuum-Kammer 11 durchläuft das Band 12 zuerst eine Entgasungs- bzw. Cberflächen-Reinigungssiiecke, wird umgelenkt und anschließend einseitig bedampft. Hierbei wird das Band über flüssiges Zink enthaltende Tiegel 13 geführt. Anschließend durchläuft das Band die Kammern 10, 9 und 8 und wird nach Umlenkung in die Fliissigkeitsschleuse 7 geleitet, die sich am Ende der Grobvakuumstufe 8 befindet. Die Bandkühlung ^von ca. 210⁰C auf etwa 50°C erfolgt in dieser Flüssigkcilsschleuse 7, so daß beim Eintritt des Stahlbandes in die Atmosphäre keine Gefahr einer Oxidation der nicht beschichteten Bandseile durch Luftsauerstoff bcs.cht. Die Behandlungsstrecke 4 dient in diesem Falle als Trockenstrecke.

Die hier nicht dargestellte Tiegelbeschickung H kann beispielsweise mti Zinkdraht oder aber auch mil /ink in flüssiger Form erfolgen. Im iet/.iercn Fall wird die Metallschmelze außerhalb des Vakuums mittels einer einfachen preiswerten Wärmequelle geschmolzen. Das flüssige Metall kann durch Ausnutzung der Gravitation gasdicht in die Behandlungskammer zu den VcrdampfungstiegHn geführt werden.

Die gesamte Wärmebehandlung des Bandes kann im Hochvakuum vollzogen werden, um einmal die hohen .Schutzgaskosten zu sparen und zum anderen die

Möglichkeit der F.rw;irmiing mit l.lckironenstrahlen im Hochvakuum auszunutzen. Hiermit lassen sich hohe Knergiedichten erreichen, wodurch die Gliihbehandlungsliinge sehr klein gehalten werden kann. In diesem Falle erfolgt vorhei eine Naßreinigung des Halides außerhalb des Vakuums, so daß im Gliihtcil die Oberfläche nicht mehr reduziert zu werden braucht. Die Kühlung nach der Glühbehandliing innerhalb des Vakuums erfolgt über Kühlrollen auf eine Temperatur, die nun auch unterhalb von 100"C liegen darf, weil das Band schon im Glühteil gut entgast wurde.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum kontinuierlichen Verzinken von kaltgewalztem Stahlband, dadurch gekennzeichnet, daß zur wahlweisen Herstellung von beidseitig oder einseitig verzinktem Band hinter einer gemeinsamen Vorbehandlungseinrichtung parallel zueinander eine an sich bekannte Tauchverzinkungseinrichtung und eine an sich bekannte Vakuumbedampfungseinrichtung angeordnet sind, wobei an den die Vorbehandlungsstufen bildenden Glühofen (1) sowohl der in das Zinkbad führende Tauchrüssel (3) als auch ein zur Eintrittsschleuse (7) der Vakuumbedampfungsrichtung führender Kanal (6) anschließbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (6) zwischen einer Arbeitsstellung, in der er den Glühofen (1) mit der eingangsseitigen Trenneinrichtung (5) der Vakuumkammer (11) verbindet, und einer Nichtgebrauchsstellung bewegbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die am Bandaustritt der Vakuumkammer (11) angeordnete Trenneinrichtung (7) zwischen einer Arbeitsstellung, in der sie das die Vakuumkammer (11) verlassende Band (12) in die Bahn lenkt, auf der das Band von der Tauchverziiikungseinrichtung abgeführt wird, und einer Nichtgebrauchssteliung bewegbar ist, in der das aus der Tauchverzinkungseinrichtung kommende Band behinderungsfrei vorbeiläufL