DE3433054A1 - Verfahren zum einbrennen von email auf stahlteilen, insbesondere auf stahlblech und emaillierofen zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents
Verfahren zum einbrennen von email auf stahlteilen, insbesondere auf stahlblech und emaillierofen zur durchfuehrung des verfahrensInfo
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Description
Verfahren zum Einbrennen von Email auf Stahlteilen, insbesondere auf Stahlblech und Emaillierofen zur
Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbrennen von
Email auf Stahlteilen, insbesondere auf Stahlblech aus aluminiumberuhigtem Stahlstranggußmaterial· und einen Emaillierofen
mit einer Brennzone und einer als Vorwärmzone dienenden Einlaufzone für das Einbrennen von Email auf
insbesondere Stahlteilen zur Durchführung des Verfahrens.
Verfahren zum Emaillieren von Stahlteilen und Stahlblechen
sind in den verschiedensten Ausführungsformen ebenso wie auch Emaillieröfen bekannt. Nachteilig sowohl bei der Direkt*
weißemaillierung als auch bei der Grund- und Deckschichtemaillierung
ist die Entstehung von sogenannten Ausbläsern, die bevorzugt an Schweißnähten, Schnittkanten und Radien des
zu emaillierenden Teiles beobachtet werden. Insbesondere treten derartige Ausbläser bei der Direktemaillierung von
Feinblech aus aluminiumberuhigtem, z. B. im Strang vergossenem und anschließend im offen Bund entkohltem Feinblech
an geschweißten Teilen auf; nach dem Einbrennen des Emails zeigen sich u. a. an den Schweißnähten offene Blasen in der
Emailschicht, die gemeinhin als Ausbläser bezeichnet werden.
Ein weiterer typischer Fehler kann auf emaillierten Stahloberflächen
festgestellt werden, der im allgemeinen als Fischschuppen bezeichnet wird. Derartige Fischschuppen
werden durch Wasserstoff-Ausgasungen aus dem Werkstoff der
Werkstücke verursacht. Besonders unangenehm bei diesen Wasserstoff-Ausgasungen ist, daß sie oft erst Wochen nach
dem Einbrennen des Emails auftreten, so daß die fehlerhaften Teile bereits eingebaut oder verpackt sind und die Fehler
somit erst beim Kunden festgestellt werden können. Um die erläuterten Fehler an emaillierten Stahlteilen bzw. -blechen
zu vermeiden, wurden deshalb sehr oft nur ganz spezielle Stahlqualitäten verarbeitet oder es wurden die Werkstücke
nur einseitig emailliert, so daß der ausgasende Stoff, z. B. Wasserstoff, aus der nicht emaillierten Oberfläche austreten
kann. Bei tauchemaillierten Werkstücken besteht diese Möglichkeit jedoch nicht und außerdem wird als Korrosionsschutz
sehr oft eine allseitige Emaillierung der Werkstücke gefordert. In diesen Fällen konnten deshalb bisher nur teure SpezialStähle
verwendet werden. Ausbläser und Fischschuppen sind Beispiele typischer Emailfehler, die unter dem Sammelbegriff
"Wasserstoffehler" zusammengefaßt werden. Wasserstoff entsteht unvermeidlich während des Brennvorganges aus der
Emailfritte und wird vom Stahl aufgenommen. Während des Abkühlvorganges
entweicht der Wasserstoff teilweise wieder, es verbleibt jedoch, abhängig von den Abkühlbedingungen,
der Blechdicke usw. auch bei Raumtemperatur Wasserstoff in übersättigtem Zustand im Stahl.
Zur Vermeidung wasserstoffbedingter Emailfehler wird von
Dietzel JjJ empfohlen, möglichst wenig Wasserdampf mit dem glühenden Stahlblech in Berührung zu bringen und den dennoch
in den Stahl gelangten Wasserstoff entweder durch langsames Abkühlen herausdiffundieren zu lassen, oder aber als H2 in
kleinsten Hohlräumen festzuhalten. Die genannten Maßnahmen geben jedoch keinerlei Hinweis auf die beschriebenen erfindungsgemäßen
Merkmale.
Γΐ~Ι Dietzel, A.H.: Emaillierung, Springer-Verlag, Berlin
^*1 Heidelberg New York 1981
r~
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mittels dessen die vorerwähnten
Emaillierfehler an Schweißnähten, Schnittkanten und Radien von emaillierten Teilen aus Feinblech, insbesondere
beim Direktweißemaillieren von aluminiumberuhigtem Peinblech aus Stranggußstahl vermieden werden sollen. Der Erfindung
liegt ferner die Aufgabe zugrunde, einen Emaillierofen zum Einbrennen von Email zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens zu offenbaren.
Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das Aufheizen des Stahlteiles bzw. Stahlbleches auf die
Einbrenntemperatur vor Erreichen der Einbrenntemperatur
unterbrochen, im Stahl gelöster Wasserstoff während der Unterbrechungszeit effundieren gelassen wird, das Stahlteil
anschließend weiter auf die Einbrenntemperatur aufgeheizt, bei dieser Temperatur gehalten und in bekannter Weise abgekühlt
wird. Der erfindungsgemäße Emaillierofen ist so aufgebaut, daß zwischen der Einbrennzone und der Vorwärmzone
eine Entgasungszone zwischengeschaltet ist, in der die mit Email beschichteten Werkstücke eine bestimmte Mindestzeit
bei einer bestimmten Temperatur gehalten werden. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens
sowie des Emaillierofens ergeben sich aus der weiteren Beschreibung sowie den Unteransprüchen.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie des Emailllerofens 1st Insbesondere darin zu sehen, daß auf
sichere Art Fehler, die sich aus dem Gas-, Insbesondere
Wasserstoffgehalt des für die zu emaillierenden Stahlteile bzw. -bleche verwendeten Stahles ergeben, vermieden werden.
Darüber hinaus werden zusätzliche, Kosten verursachende Sondermaßnahmen bei der Stahlherstellung auf verhältnismäßig
einfache Weise vermieden.
Die Erfindung ist nachfolgend im Vergleich zum- Stand der
Technik anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Ee zeigen:
Fig. 1 eine konventionelle Aufheiz- und Abkühlkurve
Fig. 2 eine Aufheiz- und Abkühlkurve gemäß der Erfindung
Fig. 3 fotografische Aufnahmen von fehlerhaften emaillierten Stahlblechen
Flg. 4 fotografische Aufnahmen von fehlerfreien emaillierten Stahlblechen
Fig. 6 eine weitere, schematisierte Aufheiz- und Abkühlkurve
Entsprechend dem Stand der Technik wird ein mit Emailfritte
beschichtetes Teil in einem offenen Tunnelofen in ca. 8 min auf 810 °c bis 840 0C aufgeheizt und anschließend etwa 2 min
auf dieser Temperatur gehalten, um eine gute Haftung der Emailschicht auf der Blechoberfläche zu erreichen.
Anschließend wird das Teil in einer nicht beheizten Ofenzone in 8 min auf ca. 100 0C abgekühlt und verläßt daraufhin den
Ofen. Die weitere Abkühlung auf Raumtemperatur erfolgt außerhalb des Einbrennofens. Eine entsprechende Aufheiz- und
Abkühlkurve zeigt Fig. 1. Bei dieser Fahrweise des Ofens mit der beschriebenen Temperaturkurve treten bei aluminiumberuhigten Feinblechen, z. B. aus Stranggußmaterial, an Schweißnähten Ausbläser auf. Gemeinhin wird als Ursache für Emailfehler wie z. B. Ausbläser explosionsartig aus dem Stahl
austretender Wasserstoff angesehen. Fotografische Aufnahmen von vier Stahlprobeblechen zeigt Fig. 3.
Demgegenüber wird nach der Erfindung das zu emaillierende Teil zunächst auf 680 0C aufgeheizt, dann zwischen 3 und 5
min auf dieser Temperatur gehalten und anschließend das Teil in üblicher Weise auf die Einbrenntemperatür des Emails von
810 0C bis 840 °C gebracht; danach wird in üblicher Weise in
etwa 8 min auf 100 °C abgekühlt. Eine entsprechende Aufheiz- und Abkühlkurve zeigt Fig. 2. Fehler der erläuterten Art,
nämlich sog. Ausbläser wurden nach dieser Behandlung an den emaillierten Teilen bzw. Blechen, wie aus den fotografischen
Aufnahmen gemäß Fig. 4 hervorgeht, nicht festgestellt.
Der gleiche Effekt wurde erzielt, wenn das zn emaillierende
Teil auf 700 0C bzw. 720 0C aufgeheizt und 3 bis 4 min auf
dieser Temperatur gehalten wurde, bevor das Teil weiter auf die Einbrenntemperatur aufgeheizt wurde.
Zm einzelnen wurden weiter mit unter Schutzgas hergestellten Schweißnähten versehene Emaillierteile wie folgt in bekannter Weise vorbehandelt.
1. Entfettung in 3 %iger alkalischer Lösung bei 80 °Cr
Zeit 5 min
2. HeißspUlen in Wasser bei 80 0C, Zeit 5 min
3. Entfettung in 2 %iger alkalischer Lösung bei 80 0C - 90. C, Zeit 5 min
4. Heißspülung bei 60 0C, Zeit 5 min
5. Kaltspülung bei 20 °C, Zeit 5 min
6. Beizen in 9 %iger Schwefelsäure bei 7O 0C, Zeit 8 min
8. Vernickeln in einem Nickelsulfatbad
(12 g NiSO. 7 H.0/1 Wasser, pH = 3,0 - 3,2)
bei 70 °C,*Zeit*8 min
9. Kaltspülung bei 20 0C, Zeit 5 min
10. Kaltspülung bei 20 0C, Zeit 5 min
11. Trocknen bei 110 0C
12. Auftragen des Emailschlickers
13. Trocknen des Schlickers bei 110 0C
Anschließend wurden die Teile nach der Temperaturkurve in Fig. 2 in einem erfindungsgemäßen Einbrennofen emailliert.
Die emaillierten Teile zeigen keine Ausbläser, sondern eine einwandfreie Emailoberfläche auch an der Schweißnaht (Fig. 4).
Der erfindungsgemäße Emaillierofen 1, vgl. Fig. 5, besitzt eine Vorwärmzone 2 und eine Einbrennzone 3. Zwischen der
Vorwärmzone 1 und der Einbrennzone 3 ist eine Entgasungszone angeordnet. In dieser Entgasungszone werden die mit Email
beschichteten Werkstücke eine bestimmte Mindestzeit, wie vorstehend erläutert, bei einer bestimmten Temperatur gehalten.
Die Temperatur und die Mindesthaitezeit der mit
Email beschichteten Werkstücke in der Entgasungszone 4 ist abhängig vom Material der Werkstücke und von dem jeweils
durch Ausgasung zu entfernenden Stoff.
In Fig. 6 ist die Temperatur-Zeit-Kurve für ein Werkstück
aus Stahl in allgemeiner Form gezeigt; aus dem Stahl wird in
der Entgasungszone 4 des Ofens der sich bildende Wasserstoff vor dem Einbrennen der Emailbeschichtung aus dem Werkstück
entfernt.
Das Werkstück wird über eine Transporteinrichtung 5, die z. B.
aus einer Transportkette bestehen kann, durch die Vorwärmzone 2 geführt. Da gleichzeitig die aufgeheizten Werkstücke
auf der benachbarten Transportkette aus der Einbrennzone 3 herausgeführt werden, werden die Werkstücke durch
Wärmeaustausch im Gegenstrom vorgewärmt. Danach werden die
Werkstücke über die Transporteinrichtung 5 durch die Entgasungszone
4 geführt. In der Entgasungszone 4 werden die Werkstücke auf mindestens 680 0C bis maximal 760 C aufgeheizt.
Diese Entgasungstemperatur wird mindestens drei Minuten gehalten. In dem Temperaturbereich von 680 0C bis
760 0C tritt der Wasserstoff gasförmig aus dem Werkstück
aus, so daß nach einer bestimmten Mindestzelt dieser Ausgasungsvorgang
beendet ist. Der gasförmige Wasserstoff kann in der Entgasungszone noch aus der bereits mit Email beschichteten
Oberfläche heraustreten, weil die Email-Beschichtung noch nicht eingebrannt ist und somit auf der
Oberfläche des Werkstücks noch keine geschlossene Oberfläche bildet. Danach kann das Werkstück über die Transporteinrichtung
5 in die Einbrennzone 3 geführt und auf die jeweils gewünschte Email-Einbrenntemperatur erwärmt werden.
In dem in der Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt diese Einbrenntemperatur 800 0C.
Da der Wasserstoff bereits in der Entgasungszone 4 aus dem
Werkstück ausgegast war, können nachträglich keine Ausgasungs-Fehler
mehr entstehen. Außerdem kann durch den Einsatz einer separaten Entgasungszone die Entgasung bei optimaler
Entgasungstemperatur durchgeführt werden.
Durch die Vorschaltung der Entgasungszone 4 ist außerdem die
Einhaltung einer Mindestzeit möglich. Die Länge der Entgasungszone 4 kann so gewählt werden, daß die Werkstücke, die
für die Entgasung notwendige Mindestzeit bei der für die Entgasung erforderlichen Temperatur gehalten werden.
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Sollen unterschiedliche Stoffe - die z. B. bei unterschiedlichen Temperaturen ausgasen - entfernt werden, so ist es
auch möglich, zwischen der Einbrennzone 3 und der Vorwärmzone 2 mehrere E.ntgasungszonen 4 zwischenzuschalten.
lichkei
deutet.
lichkeiten der Entgasungszonen 4,4,4 oder 4 ange-
Die Entgasungszone 4 kann entweder im normalen Kettenverlauf
der Transporteinrichtung 5 verlaufen oder davon in verschiedenen Variationen (Entgasungszonen 4 , 4 oder 4 )
abweichen. Durch die vom normalen Kettenverlauf abweichende Anordnung der Entgasungszonen 4 , 4 oder 4 können
wärmetechnische Vorteile erreicht werden.
Die Temperatur-Haltezeit 6 in der Entgasungszone 4 kann eventuell geringfügig verlängert werden. Da dann jedoch
gleichzeitig die Einbrenndauer 7 in der Einbrennzone 3 verkürzt werden kann, ergibt sich insgesamt keine Verlängerung der Gesamteinbrennzeit. Diese Verschiebung 8 im
Kurvenverlauf ist in der Temperatur-Zeit-Kurve der Fig. 6 dargestellt.
Durch die durch die Verschiebung 8 bedingte Verkürzung der Einbrenndauer 7 kann die Einbrennzone 3 des Emaillierofens
verkürzt werden. Da bei der hohen Einbrenntemperatur in der
Einbrennzone 3 die höchsten Abstrahlungsverluste des Emaillierofens 1 auftreten, kann durch die Verkürzung der Einbrennzone 3 zusätzlich Energie eingespart werden.
Claims (6)
1. Verfahren zum Einbrennen von Email auf Stahlteilen,
insbesondere auf Stahlblech aus aluminiumberuhigtem Stahlstranggußmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß das
Aufheizen des Stahlteiles bzw. Stahlbleches auf die Einbrenntemperatur vor Erreichen der Einbrenntemperatur
unterbrochen, im Stahl gelöster Wasserstoff während der Unterbrechungszeit effundieren gelassen wird, das Stahlteil
anschließend weiter auf die Einbrenntemperatur aufgeheizt, bei dieser Temperatur gehalten und in bekannter
Weise abgekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlteil beim Aufheizen 2 bis 6 min auf einer Temperatur
zwischen 68O°C und 76O°C gehalten, anschließend
auf die Einbrenntemperatur des Emails gebracht, bei dieser Temperatur gehalten und danach abgekühlt wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlteil beim Aufheizen 3 bis 5 min
bei 72O°C gehalten wird.
4. Emaillierofen mit einer Brennzone und einer als Vorwärmzone dienenden Einlaufzone zur Durchführung des Verfahrens
nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der" Einbrennzone (3) und der Vorwärmzone (2) eine
Entgasungszone (4) zwischengeschaltet ist, in der die mit Email beschichteten Werkstücke eine bestimmte Mindestzeit
bei einer bestimmten Temperatur gehalten werden.
5. Emaillierofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
der Emaillierofen (1) eine Transporteinrichtung (5) für den Transport der Werkstücke durch die Einbrenn- (3),
Entgasungs- (4) und durch die Vorwärmzone (2) besitzt und daß die Transportgeschwindigkeit der Transporteinrichtung
(5) so geregelt werden kann, daß die mit Email beschichteten Werkstücke eine bestimmte Mindestzeit in der Entgasungszone (4) bei der bestimmten Vorwärmtemperatur gehalten
werden.
6. Emaillierofen nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Transportweg der mit Email beschichteten Werkstücke
in der Entgasungszone (4) so lang ist, daß die Werkstücke in der Entgasungszone (4) auf eine bestimmte Entgasungstemperatur erwärmt und bei dieser bestimmten Entgasungstemperatur eine bestimmte Mindestzeit gehalten werden.
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