DE3428999C2

DE3428999C2 - Heißtauchmetallisierungsvorrichtung und Heißtauchmetallisierungsverfahren

Info

Publication number: DE3428999C2
Application number: DE3428999A
Authority: DE
Inventors: Theodor Dipl.-Ing. 5107 Simmerath Ortmanns
Original assignee: Otto Junker GmbH
Current assignee: Otto Junker GmbH
Priority date: 1984-08-07
Filing date: 1984-08-07
Publication date: 1986-08-14
Also published as: JPS6354778B2; IT8548452A0; FR2568895A1; JPS61117261A; SE463460B; SE8503724D0; GB2162863B; FR2568895B1; IT1182806B; GB8519628D0; DE3428999A1; GB2162863A; SE8503724L

Abstract

Eine Heißtauchmetallisierungsvorrichtung 1 für kontinuierlich zu metallisierende Metallbänder 12 besteht aus einem Behälter mit dem Durchmesser D und der Tiefe T. Die im Inneren des Behälters befindliche Zinkschmelze 9 wird durch eine Induktionsspulenanordnung 5 beheizt und durchrührt. In der Zinkschmelze 9 bilden sich aus Eisen, Zink, Aluminium und Silizium bestehende Hartzinkablagerungen, die, wenn sie auf das zu metallisierende Metall gelangen, die Produktqualität vermindernde Pickel bilden. Um dies zu vermeiden, werden die Abmessungen des Behälters so gewählt, daß die Behältertiefe mindestens genauso groß ist wie der Behälterdurchmesser. Außerdem ist die Induktionsspulenanordnung 5 in übereinander angeordnete Teilspulen 6, 7, 8 unterteilt. Beim Betrieb wird die dem Bodenbereich zugeordnete untere Teilspule 8 nicht mit Wechselstrom beaufschlagt, so daß sich im Bodenbereich des Behälters 2 die Hartzinkablagerungen ansammeln können, da die Durchführung nur im mittleren und im oberen Behälterbereich durch die dortigen Teilspulen 7, 8 erfolgt. Wenn die Hartzinkablagerungen entfernt werden sollen, kann auch die untere Teilspule 8 mit Wechselstrom beaufschlagt werden, so daß die Ablagerungen vom Behälterboden nach oben gelangen können.

Description

Die Erfindung betrifft eine Heißtauchmetallisierungsvorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Heißtauchmetallisieren eines Metallstrangs unter Verwendung einer solchen Vorrichtung.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE-PS 23 63 222 bekannt. Diese bekannte Vorrichtung zeichnet sich durch die Besonderheit aus, daß die Tiefe des Behälters geringer ist als der Durchmesser des Behälters Durch diese Abmessungen des Behälters soll erreicht bzw. begünstigt werden, daß die Metallschmelze in dem Behälter gut durchrührt wird, um zu vermeiden, daß sich auf dem Boden des Behälters Ausfällungen anreichern. Bekanntlich wirkt die Induktionsspulenanordnung bei den hier in Rede stehenden Vorrichtungen nicht nur eine induktive Erwärmung des Schmelzguts, sondern darüber hinaus auch eine ständige Durchrührung des Metallbads auf Grund der in dem schmelzflüssigen Metall induzierten Ströme.

In den Behältern von Heißtauchmetallisierungsvorrichtungen bildet sich bei der Beschichtung von beispielsweise Stahlband mit Zink- oder Aluminium-Zinklegierungen in der Metallschmelze sogenanntes Hartzink. Dieses Hartzink besteht aus einer Verbindung von Eisen, Zink, Aluminium, Silizium, und es sammcll sich am Behälterboden an. Diese Ansammlung soll in dem bekannten Behälter durch die speziellen Behäherabmessungen vermieden werden. Dies bedeutet jedoch, daß das Hartzink, welches sich auf Grund der intensiven Durchrührung an praktisch allen Stellen innerhalb der Metallschmelze befindet, auch an dem zu metallisierenden Stahlband haften bleibt. Hierdurch bilden sich Pikkel auf der Oberfläche des metallisierten Metallbands. Diese Pickelbildung bedeutet eine Qualitätsminderung des überzogenen Materials, da eine extrem glatte Oberfläche erwünscht ist.
Es hat sich nun gezeigt, daß zur Erzielung einer guten Produktqualität eine in regelmäßigen Zeitabständen erfolgende Entfernung der Hartzinkablagerungen aus der Metallschmelze unumgänglich ist. Eine Reinigung der Metallschmelze von den Hartmetallablagerungen erfordert jedoch einen beträchtlichen Zeitaufwand, so daß es zu beträchtlichen Produktionsausfällen kommt. Die Häufigkeit der erforderlichen Reinigungsarbeiten steigt mit geringen Behältertiefen stark an.

In der GB-PS 14 48 726 ist eine Heißtauchmetallisierungsanordnucg für strangförmiges Material gezeigt, jedoch ist auch bei dieser Anordnung der Behältcrdurchmesser größer als die Behältertiefe und außerdem ist nur eine einzige Induktionsspule vorgesehen, so daß hier die gleichen Probleme auftauchen wie bei der Anordnung nach der oben erwähnten DE-PS 23 63 222.

Die AT-FS 2 30 106 zeigt einen kernlosen Induktionsofen für Vakuumbetrieb, bei dem der von der einzigen Induktionsspule umgebene Ofen einen Durchmesser hat, der kleiner ist als die Tiefe des Ofens. Allerdings ist dieser Ofen für den Vakuumbetrieb vorgesehen und dementsprechend mit einem Deckel ausgestaltet. Zum Heißtauchmetallisieren eignet sich dieser Ofen nicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der genannten Gattung derart weiterzubilden, daß eine Qualitätsbeeinträchtigung des metallisierten Eisenstrangs durch sich mit der Zeit im Behälter bildenden Hartzink vermieden wird und eine Beseitigung des Hartzinks aus dem Metallbad nur in relativ großen Zeitabständen erforderlich ist.
Ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs gcnannten Art wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich also im Gegensatz zu der bekannten Vorrichtung nach der DE-PS 23 63 222 durch folgende Merkmale aus:

1. Die Tiefe des Behälters ist mindestens genauso groß wie der Behälterdurchmesser, und

2. die Spule hat die Form mehrerer Teilspulen, die übereinander, d. h. in Axialrichtung der Spule übereinander angeordnet sind, wobei die einzelnen Teilspulen unabhängig voneinander mit Wechselstrom beaufschlagbar sind.

Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß der Metallstrang, wenn er die Metallschmelze kontinuierlich durchläuft, auch an der tiefsten Stelle einen beträchtlichen Abstand vom Behälterboden besitzt. Beim Beirieb der Vorrichtung, d. h. beim Metallisieren werden zweckmäßigerweise nur die oberen Teilspulen eingeschaltet, so daß die Metallschmelze zwar in ausreichendem Maße induktiv erhitzt wird und eine hinlängliche Durchrührung der Metallschmelze im oberen Behälterbercich stattfindet, daß jedoch die Bewegung des schmelzflüssigen Metalls zum unteren Behälterbercich hin zunch-

mend schwächer wird, so daß die im unteren Behälterbereich befindlichen Hartzinkablagerungen dort verbleiben und nicht — wie beim Stand der Technik — durch das intensive Durchrühren des gesamten Schmclzbads mit nach oben gerissen werden. Die im oberen Bereich des Behalters befindliche Metallschmelze ist daher weiteslgehend frei von Hartzinkieilchen, so daß keine oder allenfalls nur sehr wenige dieser Hartzinkteilchen auf das zu metallisierende Stahlband gelangen. Hierdurch wird eine hohe Produktqualität erreicht.

Hat sich nach längerer Betriebszeit eine relativ große Menge voü Hartzinkablagerungen im unteren Behälterbereich gebildet, so daß eine Entfernung dieser Ablagerungen unumgänglich ist, so kann auch die unterste Teilspule mit Wechselstrom gespeist v/erden, damit die Leistungsbeaufschlagung im Bodenbereich des Behälters ausreichend ist bzw. verstärkt wird, um das Hartzink aus dem Behälter entfernen zu können. Durch die Anordnung mehrerer Teilspulen ist außer den oben genannten Vorteilen auch die Möglichkeit gegeben, die Heizleistung optimal auf die jeweiligen Arbeitsbedingungen einzustellen.

In einer sehr einfachen Ausführungsform sind beispielsweise zwei Teilspulen auf der Außenseite der Umfangswand des Behälters angeordnet, wobei die obere Teilspule eine größere Höhe aufweisen kann als die untere Teilspule. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist jedoch vorgesehen, daß drei gleich hohe, und folglich identisch ausbildbare Teilspulen übereinander angeordnet sind. Je nachdem, wie tief das zu beschichtende Eisenband in die Metallschmelze eintaucht, und wie stark die in der Metallschmelze von einer Teilspule induzierte Leistung ist, werden gegebenenfalls die zwei oberen oder nur die obere Teilspule an die Energiequelle angeschlossen, während die unterste Tcilspule stromlos bleibt. Diese unterste Teilspule wird nur dann eingeschaltet, wenn eine Entfernung der angesammelten Hartzinkablagerungen durchgeführt werden soll.

Es hat sich als besonders zweckmäßig erwiesen, das Verhältnis von Behältertiefe zu Behälterdurchmesser

1 : 1 ... 1 :0,5, vorzugsweise i : 0,8... 1 :0,7 zu wählen. In Verbindung mit den drei gleich hohen Teilspulen ist hier trotz der relativ einfachen Anordnung eine hohe Produktqualität erzielbar.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine Längsschnittansicht einer Heißtauchmciallisierungsvorrichtung mit einem Tiegel zur Aufnahme einer Metallschmelze und einem Anwärmofen.

Die in der Figur mit 1 bezeichnete Heißtauchmelallisierungsvorrichtung enthält einen aus feuerfestem Material bestehenden, etwa zylindrischen Tiegel 2, der einen Boden 3 und eine Seitenwand 4 kreisförmigen Querschnitts besitzt. Der Innendurchmesser des Tiegels

2 ist in der Zeichnung mit D bezeichnet, die Tiefe (oder Höhe) des Tiegels ist mit Γ bezeichnet. Das Verhältnis von Behältertiefe zu Behälterdurchmesser, T/D, beträgt in dem dargestellten Beispiel etwa 1 : 0,78.

Auf der Außenseite der Seitenwand 4 befindet sich eine zylindrische Form aufweisende Induklionsspulenanordnung 5. Die Induktionsspulenanordnung 5 besteht hier aus drei identisch ausgebildeten, in Axialrichtung des Behälters und der Spulenanordnung übereinander angeordneten Teilspulen 6,7 und 8, die jeweils separate Anschlüsse 6', 6'; 7', T bzw. 8', 8' aufweisen. Die Teilspulen 6, 7 und 8 können unabhängig voneinander an eine Energiequelle angeschlossen werden, so daß sie mit einer Wechselspannung beaufschlagt werden. Bekanntlich wird bei Beaufschlagung der Spulen mit Wechselspannung das Innere des Tiegels, bei dem es sich hier um eine Zinkschmelze 9 handelt, induktiv erwärmt. Aufgrund der in der Metallschmelze 9 indu/ierten elektrischen Ströme wird das schmelyflüssige Metall durchrührt.

In der Zeichnung ist im Bereich des Bodens 3 des Tiegels 2 durch Striche eine Ablagerungsschicht 10 aus

ig Hartzink angedeutet. Dieses Hartzink Besteht aus einer Verbindung von Eisen. Zink. Aluminium und Silizium.

Der Badspiegel 11 der Zinkschmelze 9 reicht bis. knapp unter die Oberkante der Seitenwand 4.

Im vorliegenden Fall dient die Heißtauchmetallisierungsvorrichtung zum Metallisieren eines Stahlbands 12, welches in der dargestellten Weise in Pfeilrichtung über Umlenkrollen 13 und 14 an einer Stabilisierungswalze 15 vorbei zunächst in die Zinkschmeize 9 eintaucht und die Zinkschmelze dann wieder verläßt, wobei das Stahlband nach dem Verlassen der Zinkschmelze 9 auf seiner Oberfläche mit Zink beschichtet ist. Die Stabilisierungswalze 15 ermöglicht einen flatterfreien Transport des Metallbands aus der Schmelze. Die Umlenkrolle 14 befindet sich innerhalb der Zinkschmelze 9.

Die Umlenkrolle 13 ist in einem Anwärmofen 16 angeordnet, den das Stahlband 12 vor dem Eintauchen in die Zinkschmelze 9 durchläuft. Vorher kann das Stahlband gegebenenfalls gereinigt werden. An den Ausgang des Anwärmofens 16 schließt sich ein Einlaufrüssel 17 an, der bis unterhalb des Badspiegels 11 reicht, um den Zutritt von Sauerstoff auf die Badoberfläche zwischen Anwärmofen 16 und Zinkschmelze 9 zu vermeiden.

Die oben beschriebene Heißtauchmetallisierungsvorrichtung 1 arbeitet wie folgt: Über die Umlenkrollen 13 und 14 wird das Stahlband 12 kontinuierlich durch die Zinkschmelze 9 gezogen. Hierzu ist eine nicht näher dargestellte Zugvorrichtung vorgesehen. Währenddessen werden die beiden Teilspulen 6 und 7 der Induktionsspulenanordnung 5 von einer hier nicht dargestellten Energiequelle mit Wechselstrom beaufschlagt, so daß die Zinkschmelze 9 innerhalb des Behälters 2 beheizt und durchrührt wird, und zwar erfolgt die Beheizung in erster Linie im oberen und mittleren Bereich des Behälters. Gleichermaßen erfolgt die oben erwähnte Durchrührung des schmelzflüssigen Zinks nur in diesem oberen und mittleren Bereich, während sich das schmelzflüssige Metall in dem unteren Behälterbereich, der etwa von der unteren Teilspule 8 eingeschlossen wird, kaum bewegt. Hierdurch können sich Hartzinkablagerungen im Bodenbereich des Behälters 2 sammeln, ohne daß sie durch eine zu starke Durchrührung der gesamten Zinkschmelze mit nach oben gerissen werden und an dem Stahlband haften bleiben und dort Pickel bilden.

Wenn nun nach längerer Betriebszeit die Hartzinkablagerungen 10 am Behälterboden sehr stark anwachsen, kann bei der dargestellten Ausführungsform auch die mittlere Teilspule 7 abgeschaltet werden, so daß eine Erhitzung und Durchrührung des Schmelzbads nur noch durch die obere Teilspule 6 erfolgt.

Wenn nun nach längerer Betriebszeit die gebildeten • Hartzinkablagerungen entfernt werden sollen, wird der Bodenbereich des Behälters durch Einschalten der unteren Teilspule 8 mit Leistung beaufschlagt, so daß dann di^ Hartzinkablagerungen aufgrund der starken Durchrührung hochgewirbelt werden.

In Abwandlung der oben beschriebenen Ausführungsform können auch lediglich zwei Teilspulen vorge-

sehen sein. Auch vier oder mehr Teilspulen sind möglich, um eine noch differenziertere Beaufschlagung des Behälterinhalts zu erreichen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

10

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Heißtauchmetallisierungsvorrichtung zum Metallisieren eines z. B. als Band vorliegenden Eisenmetallstrangs mit einem zinkhaltigen Beschichtungsmetall. mit einem Behälter zur Aufnahme eines schmelzflüssigen Beschichtungsmetallbads, in das der Eisenmetallstrang — gegebenenfalls nach Vorbehandlung wie Reinigung und Voramvärmung — von oben eingetaucht und aus dem er anschließend wieder herausgezogen wird, und mit einer in oder an der Seitenwand bzw. den Seitenwänden des Behälters angeordneten Induktionsspulenanordnung zum induktiven Beheizen des Behälterinhalts, wobei die Tiefe (T) des Behälters (2) gleich dem oder größer als der Behä'iterdurchmesser (D) ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspulenanordnung (S) mehrere übereinander angeordnete, unabhängig voneinander an eine Energiequelle anschaltbare Teilspulen (6,7,8) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Teilspulen (6, 7, 8) gleicher Höhe vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Behältertiefe zu Behälterdurchmesser (T/D) 1 :1 ... 1 : 0,5, vorzugsweise 1 : 0,8 ... 1 : 0,7, beträgt.

4. Verfahren zum Heißtauchmetallisieren eines Eisenmelallstrangs unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die untere Teilspule (8) beim Heißtauchmetallisieren stets von der Energiequelle abgeschaltet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, unter Verwendung einer Vorrichtung mit drei Teilspulen (6, 7, 8), dadurch gekennzeichnet, daß zunächst nur die oberen zwei Teilspulen (6, 7) und später nur die oberste Teilspule (6) an die Energiequel'e angeschlossen werden.