DE4103889C2 - Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines Stahlbandes nach dem Verzinken und Verfahren - Google Patents
Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines Stahlbandes nach dem Verzinken und VerfahrenInfo
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Description
Diese Erfindung bezieht sich auf die Technik der Induktions-
bzw. Wirbelstrom- bzw. Hochfrequenzerwärmung (nachfolgend als
Induktionserwärmung bezeichnet) und insbesondere auf ein Verfahren
und eine Vorrichtung, um die Kanten eines beschichteten
Stahlbandes nach dem Verzinken einer einheitlichen Wärmebehandlung
zu unterziehen.
Das Galvanisieren ist das Beschichten von Eisen- oder Stahlprodukten
mit Zink, um das Rosten zu verzögern. Die Wärmebehandlung
nach dem Verzinken ist ein Verfahren der weiteren Behandlung des
mit Zink beschichteten Stahlbandes zur Bildung einer ausgedehnten
Eisen-Zink-Legierung. Dieses nach dem Verzinken wärmebehandelte
Produkt hat gegenüber einem galvanisierten Produkt eine
Vielzahl von Vorteilen, z. B. ein leichteres Punktschweißen und
ein besseres Anstrichvermögen.
Das Verfahren der Wärmebehandlung nach dem Verzinken besteht im
wesentlichen aus dem Eintauchen des reinen, vorgewärmten Stahlbandes
in ein Bad aus flüssigem Zink oder einer zinkreichen Legierung.
Wenn das Band aus dem Bad auftaucht, läuft es durch ein
System zur Regelung der Beschichtung, zum Beispiel ein Luftmesser,
das zur Regelung der Dicke des Zinküberzugs verwendet wird.
Das beschichtete Stahlband wird dann in einem Ofen zur Wärmebehandlung
nach dem Verzinken wiedererwärmt, um eine weitere Zwischenmetalldiffusion
zwischen dem Zink und dem Stahlsubstrat
hervorzurufen. Dieser Ofen zur Wärmebehandlung nach dem Verzinken
wird typischerweise mit Brennstoff beheizt, es ist jedoch
auch bekannt, dieses Erwärmen durch Induktionsheizspulen elektrisch
durchzuführen.
Es gibt mindestens zwei Typen von nach dem Verzinken wärmebehandelten
Produkten: einer hat auf jeder Seite des Stahlbandes die
gleiche Beschichtung, der andere wird als "AB-Produkt" beschrieben
und hat auf jeder Oberfläche eine unterschiedliche Beschichtungsdicke
oder ein unterschiedliches "Gewicht". Dieses unterschiedliche
Beschichtungsgewicht wird durch Einstellung des
Luftmessers geregelt. In einem AB-Produkt wird im wesentlichen
das gesamte freie Zink von einer Oberfläche entfernt, während
auf der anderen Oberfläche unterschiedliche Beschichtungsgewichte
verbleiben.
Ein besonderes Problem, das in Einrichtungen, die Induktionsheizspulen
anwenden, mit der Wärmebehandlung nach dem Verzinken
verbunden ist, ist das Auftreten von Linien oder Streifen im beschichteten
Stahlprodukt. Die im Endprodukt auftretenden Streifen
sind typischerweise zur Bewegungsrichtung des Bandes durch
den Ofen parallel. Das Auftreten der Streifen fällt mit einem
akustischen Geräusch zusammen, so daß diese Eigenschaft als
"Geräuschstreifen" bezeichnet wurde. Diese Streifen sind ein
tatsächlicher Beweis der Resonanzreaktion in diesem Band auf das
Induktionserwärmungsfeld der Induktionsheizspulen. US-Patent Nr.
48 07 559 von Sommer et al. beschreibt einen Induktionserwärmungsofen,
bei dem die Betriebsfrequenz der Heizspulen moduliert
wird, um die Resonanzschwingung im Stahlband zu vermeiden.
Da das Stahlband an den Kanten oft schneller abkühlt als in der
Mitte, entstehen im Wärmebehandlungsverfahren nach dem Verzinken
Unregelmäßigkeiten. Es wird angenommen, daß diese Unregelmäßigkeiten
durch die Luftmesser entstehen. Dieses Phänomen der Wärmeübertragung,
bei dem die Kanten des Bandes schneller als die
Mitte des Bandes abgekühlt werden, bewirkt die Unregelmäßigkeiten
in diesem Band. Formgestalter haben versucht, dieses Problem
durch eine Vielzahl von Mechanismen zu minimieren oder zu eliminieren.
In US Patent Nr. 46 27 259 von Anderson et al. wird eine
Vorrichtung zur Erwärmung des Kantenbereiches für das Warmwalzen
eines Metallbandes beschrieben, nachdem eine gewisse Abkühlung
des Bandes eingetreten ist. Diese Vorrichtung verwendet eine Induktionsheizvorrichtung,
um vorzugsweise die Temperatur der Kantenbereiche
des Bandes zu erhöhen, um die schnelle Abkühlung
dieser Bereiche zu kompensieren. Das japanische Patent Nr. 72 09 253
beschreibt eine Walzvorrichtung für Bänder, in der die Kanten
des Bandes bei einer exakten Temperatur gehalten werden, indem
sie durch Induktionsspulen geleitet werden.
Die oben genannten Vorrichtungen zum Erwärmen der Kantenbereiche
können gerade den Nachteil der Geräuschstreifen aufweisen, wie
ihn normalerweise ein größerer Induktionsofen für die Wärmebehandlung
nach dem Verzinken hätte.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es,
ein neues und verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung
zur Überwindung der oben genannten und weiterer Probleme zu liefern.
Nach der vorliegenden Erfindung wird eine neue und verbesserte
Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines Stahlbandes nach dem Verzinken
geschaffen.
Insbesondere umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Wärmebehandlung
eines Stahlbandes nach dem Verzinken eine Einrichtung
zum Aufbringen eines Überzugs mit geregelter Dicke auf ein
Stahlband. Die Dicke des aufgebrachten Überzugs wird durch ein
Luftmesser geregelt. Der Ofen erwärmt das Stahlband durch Magnetinduktion
oder mit herkömmlichen Brennstoffen, um das nach
dem Verzinken wärmebehandelte Produkt zu erzeugen. Die Vorrichtung
umfaßt weiterhin Heizvorrichtungen für die Kanten, um die
Kanten des Stahlbandes durch Magnetinduktion zu erwärmen, damit
entlang des Stahlbandes eine gleichmäßige Temperaturverteilung
aufrecht erhalten wird. Der Ofen und die Heizeinrichtungen für
die Kanten haben eine ausgewählte Betriebsfrequenz und eine Modulationseinrichtung,
um der Betriebsfrequenz eine Frequenzmodulation
aufzuerlegen, wodurch im nach dem Verzinken wärmebehandelten
Produkt eine unerwünschte Querbiegeresonanz vermieden
wird.
Nach einem weiteren Aspekt dieser Erfindung umfaßt die Modulationseinrichtung
zum Auferlegen der Frequenzmodulation eine Oszillationsschaltung,
die einstellbare Komponenten umfaßt.
Nach einem weiteren Aspekt dieser Erfindung umfaßt die Modulationseinrichtung
zum Auferlegen der Frequenzmodulation eine Oszillationsschaltung,
die einen einstellbaren Induktor umfaßt.
Nach einem weiteren Aspekt dieser Erfindung umfaßt die Oszillationsschaltung
einen Regelkondensator.
Bei einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung umfaßt die
Modulationseinrichtung eine Stromquelle mit einer Modulation der
Betriebsfrequenz.
Nach einem weiteren Aspekt dieser Erfindung umfaßt die Modulationseinrichtung
eine Schaltungseinrichtung, um der Betriebsfrequenz
eine Phasenmodulation aufzuerlegen.
Nach einem weiteren Aspekt dieser Erfindung können die Heizeinrichtungen
für die Kanten senkrecht zur Mittellinie des Bandes
selektiv übertragen bzw. verlegt werden. Nach einer Ausführungsform
dieser Erfindung können die Heizvorrichtungen für die Kanten
durch Elektromotoren senkrecht zur Mittellinie des Bandes
selektiv verlegt werden.
Nach einem weiteren Aspekt dieser Erfindung wird ein Verfahren
zur Wärmebehandlung eines Stahlbandes nach dem Verzinken geschaffen,
welches die Schritte umfaßt: Aufbringen eines Zinküberzugs
auf das Stahlband, wobei das Zink eine selektiv geregelte
Dicke aufweist, Erwärmen des Stahlbandes in einem Induktionsofen;
Erwärmen der Kantenabschnitte des Stahlbandes mit
Induktionsheizspulen für die Kanten, die um die Kantenabschnitte
herum angeordnet sind und mit der Betriebsfrequenz arbeiten, wobei
die Heizspulen für die Kanten im Verhältnis zum Band so angeordnet
sind, daß eine gleichmäßige Temperaturverteilung entlang
des Stahlbandes erzeugt wird; und Modulation der Betriebsfrequenz
der Heizspulen für die Kanten, um der Betriebsfrequenz
eine Frequenzmodulation aufzuerlegen, wodurch die unerwünschten
Resonanzlinien im nach dem Verzinken wärmebehandelten
Produkt vermieden werden können.
Nach einem weiteren Aspekt dieser Erfindung sind die Heizspulen
für die Kanten von den Kanten des Stahlbandes räumlich getrennt,
um entlang des Stahlbandes eine gleichmäßige Temperaturverteilung
beizubehalten.
Nach einem weiteren Aspekt dieser Erfindung umfaßt das Verfahren
zur Wärmebehandlung des Stahlbandes nach dem Verzinken eine selektive
Verlegung der Heizspulen für die Kanten senkrecht zur
Mittellinie des Stahlbandes.
Die beigefügten Zeichnungen zeigen
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Wärmebehandlung nach dem Verzinken,
Fig. 2 eine Perspektivansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Wärmebehandlung nach dem Verzinken,
Fig. 3 eine schematische Perspektivansicht eines Stahlbandes,
das durch die Heizspulen für die Kanten nach einer Ausführungsform
dieser Erfindung hindurchläuft,
Fig. 4 eine Perspektivansicht des Stahlbandes, das durch die
Heizspulen für die Kanten nach einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung hindurchläuft,
Fig. 5 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Wärmebehandlung nach dem Verzinken und der
erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 6 eine graphische Darstellung der modulierten Betriebsfrequenz,
wie sie bei einer Heizspule des Induktionsofens
zur Wärmebehandlung nach dem Verzinken durch die
Stromquelle angewendet werden kann, wobei die Modulation
für diese Darstellung vergrößert wurde, und
Fig. 7 eine Perspektivansicht des Stahlbandes, das durch die
bevorzugte Ausführungsform der Heizspulen für die Kanten
hindurchläuft.
Es wird nun auf die Figuren Bezug genommen, die bevorzugte Ausführungsformen
dieser Erfindung zeigen; Fig. 1 zeigt einen Aufbau
10 zur Wärmebehandlung nach dem Verzinken, worin ein sauberes,
vorgewärmtes Stahlband 12 in das Beschichtungsbad 14 getaucht
wird, das im wesentlichen aus flüssigem Zink besteht. Das
Band wird durch eine Tülle 16 und über ein Führungsrad 18 auf
das Bad gerichtet. Nach dem Auftauchen aus dem Bad wird das beschichtete
Band zum System 20 zur Regelung des Überzugs geleitet,
das auf herkömmliche Weise ein Luftmesser zur selektiven
Regelung der Dicke des Überzugs auf dem Band umfaßt. Bei der bevorzugten
Ausführungsform ist das aus dem System zur Regelung
des Überzugs auftauchende Band ein AB-Produkt, bei dem der Überzug
in einer Weise auf das Band aufgebracht wurde, die mit herkömmlichen
Galvanisierverfahren übereinstimmt. Bei herkömmlichen
Induktionserwärmungsanwendungen wird das Band nach dem Auftauchen aus
dem System zur Regelung des Überzugs durch einen Ofen 24 zur
Wärmebehandlung nach dem Verzinken geleitet, um die Tiefe der
Ausbildung einer Eisen-Zink-Legierung an der Grenzfläche des
Überzugs und des Bandmaterials zu erhöhen, als Folge dieser zusätzlichen
Zeit bleibt das Band bei erhöhter Temperatur. Bei der
Anwendung der vorliegenden Erfindung können vor oder nach dem
Ofen zur Wärmebehandlung nach dem Verzinken Spulen 34, 36 für
die Kanten angeordnet werden.
Statt einem Zinküberzug
können auch, andere
rosthemmende Beschichtungen wie Aluminium angewendet werden, die mit
Induktionserwärmungsverfahren in der geschilderten Weise erwärmt werden können.
In Fig. 2 ist ein Ofen 24 zur Wärmebehandlung nach dem Verzinken
gezeigt, der fünf Einrichtungen von Induktionsspulen 30a,
30b, 30c, 30d und 30e umfaßt. Die Anzahl der Einrichtungen von
Induktionsspulen hängt von der Anwendung ab. Vor der ersten Einrichtung
der Induktionsspule ist ein Paar Heizspulen 34 für die
Kanten angeordnet. Ein zweites Paar von Heizspulen 36 für die
Kanten ist nach der letzten Einrichtung der Induktionsspulen 30e
angeordnet. Diese bestimmte Anordnung der Heizspulen für die
Kanten ist für die Durchführung dieser Erfindung nicht erforderlich,
vor oder nach dem Induktionsofen kann eine Vielzahl von
Heizspulen für die Kanten angeordnet werden. Die Abkühlung tritt
an den Kanten des Bandes 40 schneller als in der Mitte 42 auf.
Diese Abkühlung kann auf Faktoren, wie der Verwendung von Luftmessern
20 beruhen. Da das Wärmebehandlungsverfahren nach dem
Verzinken von der Temperatur des Bandes abhängt, führt diese ungleichmäßige
Temperatur entlang der Breite des Bandes zu Unregelmäßigkeiten
beim Wärmebehandlungsverfahren nach dem Verzinken
und eventuell im Stahlband selbst. Die Heizspulenpaare 34, 36
für die Kanten sind für die Wiedererwärmung oder Vorwärmung der
Kanten des Bandes von Nutzen, um entlang der Breite des Bandes
eine einheitlichere Temperaturverteilung zu schaffen, was zu
einer einheitlicheren Wärmebehandlung nach dem Verzinken und
folglich zu einem einheitlicheren Produkt führt.
Wie es in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, sind die Heizspulen
für die Kanten vorzugsweise Heizspulen 50 vom Kanaltyp. Diese
besondere Geometrie der Heizspule hängt von Faktoren ab, die für
eine bestimmte Anwendung zutreffen. Die bevorzugte Geometrie für
Stahlbänder ist in Fig. 7 gezeigt. Wie es in Fig. 4 gezeigt
ist, können die Heizspulen 50 für die Kanten auf Motoren befestigt
sein, damit die Position der Heizvorrichtungen für die
Kanten im Verhältnis zur Bandkante selektiv variiert werden
kann. In Abhängigkeit von den Umständen, die für jede Anwendung
bestimmend sind, wie die Bandbreite, die Banddicke und die Dicke
des Überzugs auf dem Band, kann die Position der Heizspulen für
die Kanten im Verhältnis zur Bandkante zum Beispiel durch einen
Elektromotor 54 variiert werden, um entlang der Bandbreite eine
optimale Regelmäßigkeit der Temperatur zu schaffen.
Wie es in Fig. 5 gezeigt ist, erfordert die Induktionsheizspule
eine Wechselstromquelle 26. Es ist eine Besonderheit dieser Erfindung,
daß die Betriebsfrequenz des Stromquellensignals durch
einen Modulator 28 moduliert wird. Eine solche modulierte Stromzufuhr,
die auf die Verbesserung der Gleichmäßigkeit des nach
dem Verzinken wärmebehandelten Produktes gerichtet ist, ist in
US-Patent Nr. 48 07 559 von Sommer et al. beschrieben. Es liegt
im Umfang dieser Erfindung, eine Frequenz- oder Phasenmodulation
der Spannung einzuschließen, die für die Induktionsheizspule angewendet
wird, um die Ausbildung einer Querbiegeresonanz im Band
zu vermeiden, wenn dieses durch die Heizzone des Ofens 24 für
die Wärmebehandlung nach dem Verzinken hindurchläuft. Durch Modulation
der Frequenz der Spannung, die auf den Spulenaufbau angewendet
wird, stabilisieren sich die Betriebsbedingungen in der
gesamten Erwärmungszone nicht und im Band wird keine Resonanzreaktion
erzeugt.
Wie es in Fig. 6 gezeigt ist, wird die Betriebsfrequenz des
Stromquellensignals vorzugsweise durch Auferlegen einer schmalbandigen
Frequenzmodulation auf die Betriebsfrequenz moduliert.
Die typische Betriebsfrequenz für den Ofen zur Wärmebehandlung
nach dem Verzinken beträgt 9500 Hz (9500 s-¹). Diese Modulationsart
kann durch eine Schaltungseinrichtung auferlegt werden, wie
sie durch den Block 28 in der Fig. 5 gezeigt ist, um einen oszillierenden
Belastungskreis bzw. Ausgangskreis zu schaffen. Typischerweise
umfassen diese Komponenten einstellbare Induktoren
oder Kondensatoren. Diese einstellbaren Komponenten können bei
der Betriebsfrequenz leicht eine Frequenzmodulation (plus oder
minus 0,75%) erzeugen. Alternativ kann die Frequenzmodulation
innerhalb der Stromquelle elektronisch erzeugt werden. Die Phase
kann ebenfalls, vorzugsweise elektronisch, innerhalb der Stromquelle
moduliert werden. Beispiele detaillierter Aufbauformen
der Schaltung zur Modulation der Phase und der Frequenz eines
Signals sind in Radio Amateur's Handbook, 36. Ausg. (1959), Seiten
323-330 veröffentlicht.
Claims (10)
1. Vorrichtung (10) zur Wärmebehandlung eines mit
einer Einrichtung (14) zum Aufbringen eines
Zinküberzuges hergestellten Stahlbandes (12) nach dem
Verzinken, mit einer Einrichtung (20) zur Regelung der
Dicke des aufgebrachten Überzugs und einer Einrichtung
(24) zur Erwärmung des Stahlbandes, um an der
Grenzfläche des Überzugs mit dem Band eine
Legierungsbildung hervorzurufen, gekennzeichnet durch
Heizeinrichtungen für die Kanten (34, 36, 50), des Stahlbandes
vermittels Magnetinduktion zur
Erwärmung und Aufrechterhaltung einer
gleichmäßigen Temperaturverteilung entlang des Stahlbandes,
wobei die Heizeinrichtungen für die Kanten eine
vorher festgelegte Betriebsfrequenz aufweisen, und
eine Einrichtung (28) zur Modulation der
Betriebsfrequenz zur Vermeidung einer unerwünschten
Querbiegeresonanz im nach dem Verzinken
wärmebehandelten Produkt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Modulation
eine selektiv einstellbare Oszillationsschaltung ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Oszillationsschaltung einen
einstellbaren Induktor umfaßt.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Oszillationsschaltung einen
Regelkondensator umfaßt.
5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur
Modulation die Betriebsfrequenz der Stromquelle vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur
Modulation eine Schaltungseinrichtung, um der
Betriebsfrequenz eine Phasenmodulation aufzuerlegen, umfaßt.
7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtungen (50)
für die Kanten eine Einrichtung (54) zur selektiven
Verlegung in einer zur Mittelinie des Bandes
senkrechten Richtung umfassen.
8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtungen (50)
für die Kanten Induktionsheizspulen vom Kanaltyp sind.
9. Verfahren zur Wärmebehandlung eines Stahlbandes
nach dem Aufbringen eines Überzugs aus Zink mit
ausgewählter Dicke auf das Stahlband und selektives
Erwärmen des Stahlbandes und des Überzugs, damit der
Überzug am Band haftet, wobei selektive getrennte
Erwärmung der Kantenabschnitte des Stahlbandes
vermittels Heizspulen für die Kanten erfolgt, dadurch
gekennzeichnet, daß die Heizspulen für die Kanten mit
einer vorher bestimmten Betriebsfrequenz arbeiten, um
entlang des Stahlbandes eine gleichmäßige
Temperaturverteilung aufrecht zu erhalten, und zur
Modulation der Betriebsfrequenz eine
Frequenzmodulation auferlegt wird, wodurch unerwünschte
Resonanzlinien im nach dem Verzinken wärmebehandelten
Produkt vermieden werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Heizspulen für die
Kanten in einer zur Mittellinie des Stahlbandes
senkrechten Richtung selektiv verlegt werden.
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