DE69221007T2

DE69221007T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufbringen von schmelzflüssigen Metallüberzügen

Info

Publication number: DE69221007T2
Application number: DE69221007T
Authority: DE
Inventors: Hirofumi Nakano; Yashichi Oyagi
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-04-25
Filing date: 1992-04-06
Publication date: 1997-11-13
Anticipated expiration: 2012-04-07
Also published as: US5393344A; EP0510419A1; EP0510419B1; US5308659A; DE69221007D1

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK

1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufbringen von schmelzflüssigen Metallüberzügen bzw. zum Plattieren im Metallbad.
Stahlbänder, die mit Zn, Al, Sn oder Pb oder deren Legierungen plattiert sind, werden in großem Umfang für Autos, im Bau, für elektrische Geräte und Dosen verwendet, und es wird eine bessere Qualität und Produktivität gefordert.

2. Beschreibung des zugehörigen Fachgebietes

Ein herkömmliches Verfahren zum Plattieren im Metallbad umfaßt das Erwärmen des Stahlbandes in einer reduzierenden Atmosphäre, damit dessen Oberfläche gereinigt wird, das Einleiten des Bandes in ein Bad der aufzutragenden Metallschmelze, das Anheben des Bandes mit dem abgeschiedenen Metall aus dem Bad und das anschließende sofortige Einwirken eines Gases auf das Band durch Sprühen aus einer schlitzförmigen Düse, damit das überschüssige abgeschiedene Metall entfernt und dadurch die Menge des abgeschiedenen Metalls geregelt wird. Ein weiteres herkömmliches Verfahren bringt ein Stahlband nur auf einer Seite des Bandes mit einer Metallschmelze in Kontakt, und die Menge des abgeschiedenen Metalls wird in der gleichen Weise geregelt.
Dieses Tauchüberzugsverfahren wird bei der Herstellung unbearbeiteter Materialien angewendet, die gegenwärtig in großem Umfang, typischerweise beim Zn-Plattieren, beim Al-Plattieren und beim Schwenkplattieren, verwendet werden.
Das Tauchüberzugsverfahren hat den Nachteil, daß das Band im Plattierungsbad teilweise gelöst wird, wenn das Band durch das Bad läuft, und der größte Teil des aus dem Band gelösten Eisens mit den Badkomponten eine intermetallische Verbindung bildet und als Schwimmschlacke im Bad schwimmt. Diese Schlacke wird beim Plattierungsverfahren in der plattierten Schicht eingeschlossen und beeinträchtigt das Aussehen, die Korrosionsbeständigkeit und Formbarkeit des plattierten Produktes.
Ein weiterer Nachteil ist das Plattierungsbad, das ein ausreichend großes Volumen aufweisen muß, damit das Stahlband mit einer Gießrolle (pot roll) eingeführt und eingetaucht werden kann. Damit die Zusammensetzung eines Plattierungsbades mit diesem großen Volumen geändert wird, besonders dann, wenn die Produktart geändert wird, muß ein Teil des Bades abgepumpt und Plattierungsmetall oder ein Metallzusatz ergänzt oder zugegeben werden. Dies erfordert hohe Kosten, viel Zeit und Arbeit, und es kann nur eine begrenzte Art von Produkten in der gleichen Plattierungsanlage behandelt werden.
Ein weiterer Nachteil ist der, daß das Eintauchen lange dauert, damit eine Reaktion zwischen dem Stahlbad und dem Plattierungsmetall hervorgerufen wird, wodurch eine dicke, spröde Legierungsschicht entsteht, die die Formbarkeit des plattierten Produktes beeinträchtigt. Dem Plattierungsbad werden Zusätze zugeführt, damit die Dicke der Legierungsschicht verringert wird, diese Maßnahme wird jedoch unzureichend, wenn die plattierten Produkte einem groberen Formgebungsverfahren unterzogen werden.
Außerdem reagiert der Sauerstoff aus der umgebenden Atmosphäre mit der Metallschmelze, wodurch eine oxidierte Schlacke entsteht, die einen unerwünschten Verbrauch des Metallbads bewirkt, sich auf der Bandoberfläche abscheidet und dadurch das Aussehen des Produktes beeinträchtigt.
Das allgemeinste Verfahren zur Steuerung der Menge des abgeschiedenen Metalls ist das oben genannte Gassprühen. Wenn die Geschwindigkeit der Anlage 160 m/min oder mehr beträgt, spritzt das vom Stahlband entfernte überschüssige Metall sehr stark und haftet wieder am Band, und die mit dem Band angehobene Metallmenge und die erzeugte Schlackemenge nehmen ebenfalls zu. Deshalb ist die Geschwindigkeit dieser Anlage begrenzt.
Zur Lösung der oben genannten Probleme schlägt US-Patent Nr. 3 201 275 ein Verfahren vor, bei dem eine Harzlösung durch Kapillarwirkung von einem Niveau unterhalb der Beschichtungsdüse angesaugt wird, wodurch auf der Beschichtungsdüse ein Gießspiegel der Lösung erzeugt wird, und dieser Gießspiegel wird mit dem Band in Kontakt gebracht, wodurch die Lösung auf dem Band aufgebracht wird. Wenn dieses Verfahren beim Plattieren in einem Metallbad verwendet wird, ergibt sich folgendes Problem. Um ein befriedigendes Ansaugen der Metallschmelze durch die Kapillarwirkung zu sichern, muß das Ansaugrohr aus einem Material bestehen, das eine gute Benetzbarkeit mit der Metallschmelze aufweist. Ein derartiges Metall reagiert jedoch auch leicht mit der Metallschmelze und verursacht dadurch die Verunreinigung der Metallschmelze beim Ansaugen und eine Blockierung des Rohrs. Außerdem hat die Metallschmelze ein größeres spezifisches Gewicht als die Harzlösung und läßt sich schwer konstant ansaugen, als Folge ist die Zufuhr der Metallschmelze unzureichend, um eine gute Beschichtung zu sichern, wenn die Laufgeschwindigkeit des Metallbandes hoch ist. Die hohe Laufgeschwindigkeit des Metallbandes ist auch dadurch problematisch, daß das umgebende Gas, das vom laufenden Band mitgerissen wird, mit hoher Geschwindigkeit mit dem Gießspiegel kollidiert und im Gießspiegel einsinkt, wodurch eine unstete Beschichtung entsteht, die praktisch nicht anwendbar ist.
Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichtung (Kokai) Nr. 61-207555 schlägt ein Verfahren vor, das das oben genannte Problem der unzureichenden Zufuhr der Metallschmelze lösen kann. Bei diesem Verfahren wird an der Auslaßöffnung der Düse ein Gießspiegel der Metallschmelze erzeugt, und das Metallband wird, während es sich bewegt, mit diesem Gießspiegel in Kontakt gebracht. Dies verbessert das Auslaufen der Metallschmelze aus der Auslaßöffnung im Vergleich mit dem Auslaufen eines frei aus der Öffnung strömenden Metalls, und die Menge des abgeschiedenen Metalls kann leicht geregelt werden. Die Verbesserung des Auslaufens entsteht durch die Benetzungshaftung der Metallschmelze am Rand, und die abgeschiedene Metallmenge wird bei einem konstanten Wert geregelt, der der Laufgeschwindigkeit des Metallbandes entspricht. Wenn die Kontrolle der abgeschiedenen Metallmenge durch Einstellung des Abstandes zwischen der Auslaßöffnung der Düse und dem Metallband erfolgt, neigt die abgeschiedene Metallmenge bei einem bestimmten Abstandswert zu einer plötzlichen Anderung und ändert sich bei Abständen nicht signifikant, die größer oder kleiner als dieser Wert sind. Damit eine konstante Kontrolle gesichert ist, muß dieser Abstand bei einem Wert eingestellt werden, der keine signifikante Veränderung der abgeschiedenen Metallmenge verursacht, und deshalb wird die gewünschte abgeschiedene Metallmenge nicht immer erreicht.
Zur Lösung dieses Problems schlägt die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichtung (Kokai) Nr. 61-235550 ein Verfahren vor, bei dem innerhalb der Öffnung einer Plattierungsdüse ein Damm vorgesehen ist, wodurch am Damm ein konstanter Abstand bzw. Spalt entsteht und die Öffnung teilweise verschlossen oder die Querschnittsfläche für die hindurchgehende Metallschmelze verringert wird, wodurch die angesaugte Menge der Metallschmelze geregelt wird. Der Damm besteht insbesondere aus einer Anzahl von Teilen, die in Richtung des Spalts gleitend sind, und ein Teil dieser Teile wird in einem konstanten Intervall nach unten in Richtung des Spalts bewegt.
Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß sich die Auslaufgeschwindigkeit über die gesamte Breite des zu plattierenden Metallbandes nur schwer exakt und gleichmäßig regeln läßt, und daß der Düsenspalt aufgrund der Verformung durch Wärme usw. um 0,6 mm variiert, wodurch eine ungleichmäßig abgeschiedene Metallmenge entlang der Breite des Bandes verursacht wird, die durch keine Maßnahme wiederhergestellt werden kann. Deshalb kann dieses Verfahren nicht in der Praxis angewendet werden. Wie im bereits genannten US-Patent Nr. 3 201 275 stellt auch die hohe Laufgeschwindigkeit des Metallbandes ein Problem dar, da Umgebungsgas, das vom laufenden Band mitgerissen wird, mit hoher Geschwindigkeit mit dem Gießspiegel kollidiert und im Gießspiegel einsickert, wodurch eine unstete Beschichtung entsteht, die praktisch nicht anwendbar ist.
Die ungeprüfte japanische Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 59-67357 offenbart ein Verfahren, das auf einem Herstellungsverfahren für amorphe Bänder basiert, bei dem eine Metallschmelze statt auf eine rotierende Scheibe auf ein laufendes Stahlband gesprüht wird, dies erfolgt entweder durch eine schlitzförmige Düse oder eine Düse mit einer Vielzahl von Öffnungen, und die gesprühte Metallschmelze wird vom Stahlband abgekühlt, wodurch auf dem Band eine Metallbeschichtung entsteht. Insbesondere ist ein Gefäß, das die Metallschmelze enthält und eine schlitzförmige Düse oder eine Düse mit einer Anzahl von Öffnungen aufweist, über dem Stahlband angeordnet, das sich auf einer Trommel bewegt, wobei die Spitze der Düse nahe am Band ist - gewöhnlich in einem Abstand von nicht mehr als 1 mm. Die Auslaufgeschwindigkeit wird entweder durch das Niveau des Düsenkopfs oder durch den Druck eines Inertgases, wie Argon, geregelt.
Dieses Verfahren zeigt ebenfalls ein Problem, da eine ungleichmäßige Auslaufgeschwindigkeit über die gesamte Breite des Bandes direkt zu einer ungleichmäßig abgeschiedenen Metallmenge entlang der Breite des Bandes führt und die Regelung der Auslaufgeschwindigkeit in Breitenrichtung sehr wichtig ist, damit entlang der Breite der Bandes eine gleichmäßige Beschichtung gesichert ist; diese Regelung wird jedoch für die praktische Anwendung nicht beschrieben. Ähnlich wie bei den bereits genannten Verfahren zeigt auch die hohe Laufgeschwindigkeit des Metallbands das Problem, das Umgebungsgas, das vom laufenden Band mitgerissen wird, mit hoher Geschwindigkeit mit dem Gießspiegel kollidiert und im Gießspiegel einsinkt, wodurch eine unstete Beschichtung entsteht, die praktisch nicht anwendbar ist, und deshalb ist die Laufgeschwindigkeit begrenzt.
Das durch die hohe Laufgeschwindigkeit hervorgerufene Problem trifft auch bei der Extrusion einer Harzschmelze durch das "T- Düsen"-Verfahren zu, und die umgebende Gasatmosphäre kann in der gleichen Weise wie bei diesem Verfahren evakuiert werden, wodurch ein Vakuum besteht. Bei einer kontinuierlichen Fertigungsstrecke ist jedoch eine teure Ausrüstung, z.B. ein differenziertes Evakuierungssystem, notwendig, und die Evakuierungskapazität muß erhöht werden, wenn eine hohe Laufgeschwindigkeit angewendet wird. Dies ist nicht auf die Praxis übertragbar.
Alle oben genannten herkömmlichen Verfahren haben folgende Probleme.
Ein Problem entsteht, wenn ein Metallband auf beiden Seiten plattiert wird. Bei einem Verfahren, bei dem die Schwankung der Bandlaufanlage, einschließlich einer Schwingung des laufenden Bandes, durch Stützwalzen unterdrückt wird und das Band mit einer Düse, die nahe dem Band angeordnet wird, zuerst auf der einen und dann auf der anderen Seite plattiert wird, wird die Seite, die später plattiert wird, beim Plattieren mit den Stützwalzen in Kontakt gebracht. Beim Plattierungsverfahren im Metallbad wird das Stahlband bei einer Temperatur in der Nähe des Schmelzpunkts des Metallbads gehalten, und deshalb befindet sich das auf der ersten Seite des Bandes abgeschiedene Metall im geschmolzenen oder halbgeschmolzenen Zustand, und der Kontakt mit den Stützwalzen verursacht ein ungleichmäßiges Aussehen und eine ungleichmäßige Qualität.
Ein weiteres Problem besteht in der kontinuierlichen Produktivität. Die kontinuierliche Produktion erfordert, daß Bandrollen durch Schweißen miteinander verbunden sind, die Schweißverbindung hat aufgrund der Verwerfung durch Wärme entlang der Breite des Bandes ein ungleichmäßiges Profil und kollidiert mit der in der Nähe des Bandes angeordneten Plattierungsdüse. Diese Kollision kann vermieden werden, wenn die Düse zurückgezogen wird; es ist jedoch praktisch unmöglich, die Düse zusammen mit der zugehörigen schweren Ausrüstung, die das Gefäß mit der Metallschmelze, Läufer usw. umfaßt, exakt um einige 10 µm zu bewegen. Außerdem kann das zu plattierende Stahlband keine flache Form aufweisen, sondern entlang der Breite oder Länge des Bandes gerippt sein. Diese Bandform erschwert es ebenfalls, einen gleichmäßigen Abstand zwischen dem Band und der Plattierungsdüse konstanü beizubehalten.
JP-A-55-062152 offenbart das Plattieren von nur einer Seite eines Stahlbandes durch ein Tauchüberzugsverfahren, bei dem die Metallschmelze fluidisiert und durch elektromagnetische Kräfte angehoben wird und eine Plattierungswalze, bei der die geschmolzene Flüssigkeit an einem Teil haftet, mit der unteren Oberfläche des Stahlblechs in Kontakt gebracht wird.
EP-A-411 949 beschreibt die Erzeugung einer Metallschicht auf einem Träger durch Zirkulieren eines Bades der Metallschmelze in einem Gefäß, so daß die Metallschmelze über die obere Oberfläche des Gefäßes ragt, das Befördern eines Trägers entlang eines Weges, der die obere Oberfläche des Gefäßes durchquert, und die Beförderung der Metallschmelze zu einer Oberfläche des Trägers durch direkten oder indirekten Kontakt der Metallschmelze mit der Oberfläche des Trägers.
Nach der vorliegenden Erfindung umfaßt das Verfahren zum Plattieren im Metallbad die Schritte: Inkontaktbringen eines sich bewegenden Stahlbandes, auf dem die Metallschmelze abgeschieden werden soll, mit einer rotierenden Walze; Aufbringen der Menge der Metallschmelze, die auf dem Band abgeschieden werden soll, auf die Walze durch eine erste Düse, die die Form eines Schlitzes hat, dessen Kante, die bezüglich der Umdrehungsrichtung der Walze stromabwärts angeordnet ist, der Walzenoberfläche am nächsten ist, und in der Nähe der Walze angeordnet ist; Sprühen eines nichtoxidierenden Gases aus einer zweiten Düse in Richtung der Walze, auf der die Metallschmelze aufgebracht wurde; und Befördern der aufgebrachten Metallschmelze von der Walze auf das Stahlband durch Rotieren der Walze, wobei die Temperatur der Walzenoberfläche bei einer Temperatur nicht oberhalb des Schmelzpunktes der Metallschmelze geregelt wird.
Nach der vorliegenden Erfindung umfaßt die Vorrichtung zum Plattieren im Metallbad außerdem: eine Beschichtungswalze, die mit dem laufenden Stahlband in Kontakt gebracht werden kann; eine erste Düse, die die Form eines Schlitzes hat, dessen Kante, die bezüglich der Umdrehungsrichtung der Walze stromabwärts angeordnet ist, der Walzenoberfläche am nächsten ist, und in der Nähe der Walze angeordnet ist, zum Aufbringen der Metallschmelze auf der Walze; eine Einrichtung, um der ersten Düse die Metallschmelze zuzuführen; eine zweite Düse zum Sprühen von nichtoxidierendem Gas auf die Walze, auf der die Metallschmelze aufgebracht wurde; und eine Einrichtung zur Regelung der Temperatur der Walzenoberfläche auf eine Temperatur nicht oberhalb des Schmelzpunktes der Metallschmelze.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine Anordnung für die Durchführung des Plattierens im Metallbad mit einer Beschichtungswalze schematisch, wobei das Sprühen von Gas nicht angewendet wird;
Fig. 2 zeigt eine Anordnung zur Durchführung des Plattierens im Metallbad mit einer Beschichtungswalze schematisch, wobei das Sprühen von Gas angewendet wird;
Fig. 3 zeigt den Gießspiegel der Metallschmelze, der entsteht, wenn das Sprühen von Gas nicht angewendet wird;
Fig. 4 zeigt den Gießspiegel der Metallschmelze, der entsteht, wenn das Sprühen von Gas angewendet wird;
Fig. 5(a) und 5(b) zeigen die auf die Beschichtungswalze aufgebrachte Metallschmelze, wenn das Sprühen von Gas nicht angewendet (a) oder angewendet (b) wird;
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Gassprühdruck und der Laufgeschwindigkeit des Stahlbandes, damit eine gleichmäßig verteilte Beschichtung erzeugt wird;
Fig. 7 ist eine graphische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem Gassprühdruck und dem Abstand entlang der Breite des Stahlbandes;
Fig. 8(a) und 8(b) zeigen Anordnungen der Düse und der Beschichtungswalze, wobei (a) die Kante des Düsenschlitzes, die bezüglich der Umdrehungsrichtung der Walze stromabwärts angeordnet ist, der Walzenoberfläche am nächsten ist und (b) die Kante des Düsenschlitzes, die bezüglich der Umdrehungsrichtung der Walze stromaufwärts angeordnet ist, der Walzenoberfläche am nächsten ist;
Fig. 9 ist eine graphische Darstellung des Auftretens von Spritzern der Metallschmelze als Funktion der Temperatur der Walzenoberfläche und der Umfangsgeschwindigkeit der Walze;
Fig. 10(a) und 10(b) zeigen Anordnungen für (a) einseitiges Plattieren und (b) beidseitiges Plattieren; und
Fig. 11 zeigt eine Anordnung für die kontinuierliche Zufuhr der Metallschmelze.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Nach der vorliegenden Erfindung kann das Stahlband auf beiden Seiten plattiert werden, und das Plattieren kann sogar bei verbundenen Bändern und einem Band mit ungleichmäßiger Oberfläche erfolgreich vorgenommen werden.
Wenn sich das Stahlband mit hoher Geschwindigkeit bewegt und das vom laufenden Band mitgerissene Umgebungsgas im Gießspiegel der Metallschmelze zwischen der Beschichtungswalze und der Plattierungsdüse einsinkt, sprüht eine Gassprühöffnung, die in der Düse an ihrem stromabwärtigen Abschnitt bezüglich der Umdrehungsrichtung der Beschichtungswalze vorgesehen ist, Gas in Richtung der Walze, wodurch der Gießspiegel der Metallschmelze entgegengesetzt zum Druck des mitgerissenen Gases unterstützt wird.
Wenn dies nicht ausreichend sichern kann, daß die aus dem Schlitz der Plattierungsdüse abgegebene Metallschmelze gleichmäßig entlang der Breite der Walze auf die Walzenoberfläche aufgebracht wird, wird die Düse so angeordnet, daß die Kante des Düsenschlitzes, die bezüglich der Umdrehungsrichtung der Walze stromabwärts angeordnet ist, der Walzenoberfläche am nächsten ist, wodurch ein gleichmäßiges Auftragen der Metallschmelze auf der Walzenoberfläche ermöglicht wird.
Wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit der Beschichtungswalze außerdem bei steigender Laufgeschwindigkeit des Bandes erhöht wird, und die auf die Walzenoberfläche aufgebrachte Metallschmelze wegspritzt, wird die Walze bei einer Temperatur gehalten, die nicht höher als der Schmelzpunkt der Metallschmelze ist.
In Fig. 1 wird ein Stahlband 1 mit einer Beschichtungswalze 2 in Kontakt gebracht, in der Nähe der Beschichtungswalze 2 ist eine Düse 3 angeordnet, eine Metallschmelze aus Zn, Al, Sn oder Pb oder einer Legierung davon wird der Düse 3 zugeführt, die Metallschmelze wird auf die Beschichtungswalze aufgebracht, und die aufgebrachte Metallschmelze wird dann von der Walze 2 zum Band 1 befördert. Zumindest die Rolloberfläche der Beschichtungswalze 2 ist mit Keramikmaterial auf Oxid-, Carbid- oder Nitrid-Basis beschichtet, das gegenüber der Metallschmelze erosionsbeständig ist. Wenn die Walzenoberfläche eine schlechte Benetzbarkeit für die Metallschmelze aufweist, wird die Beschichtungswalze 2 bei einer Temperatur geregelt, die nicht höher als der Schmelzpunkt der Metallschmelze ist, damit das Spritzen der Metallschmelze bei hoher Umdrehungsgeschwindigkeit der Walze verhindert wird. Dies wird später detailliert beschrieben.
Der Spalt zwischen der vorderen Öffnung der Düse 3 und der Beschichtungswalze 2 beträgt gewöhnlich 1 mm oder weniger, vorzugsweise 0,5 bis 0,1 mm. Wenn der Spalt mehr als 1 mm beträgt, erzeugt die aus der Düse 3 abgegebene Metallschmelze beim Auftragen auf die Walze 2 Streifen oder Schlieren und verursacht eine mit Schlieren versehene Abscheidung auf dem Stahlband, dadurch ist das Bandprodukt praktisch nicht anwendbar. Ein Spalt von 0,5 mm oder weniger bietet das gleichmäßigste Aussehen der plattierten Oberfläche. Ein Spalt von weniger als 0,1 mm läßt sich aufgrund der Verformung durch Wärme bei hoher Temperatur und der mechanischen Schwingungen nur schwer dauerhaft entlang der Breite des Bandes beibehalten und führt dadurch zu einem streifigen Aussehen des plattierten Bandes.
Die Abgabegeschwindigkeit der Metallschmelze wird durch statischen Druck, z.B. den oberen Druck bzw. Spitzendruck der Metallschmelze, und ein komprimiertes, nichtoxidierendes Gas, z.B. Stickstoffgas, geregelt. Die Düse 3 ist mit einer Öffnung in Form eines Schlitzes oder einer Anzahl von Löchern versehen, damit die Metallschmelze abgegeben wird. Die Breite des Schlitzes oder der Durchmesser des Lochs hat eine Größe von 0,3 bis 3 mm. Wenn die Größe weniger als 0,3 mm beträgt, ist die Abgabe der Metallschmelze instabil und pulsierend. Wenn die Größe mehr als 3 mm beträgt, muß der Abstand zwischen der Beschichtungswalze 2 und der Spitze der Düse 3 0,1 mm oder weniger betragen, damit die Menge des abgeschiedenen Metalls geregelt wird. Ein derartig geringer Abstand beeinträchtigt das Aussehen der plattierten Oberfläche.
Damit ein gleichmäßiges Aussehen der plattierten Oberfläche entlang der Breite des Randes gesichert ist, sind außerdem folgende Bedingungen erforderlich:
Wie in Fig. 2 gezeigt, ist eine Öffnung 5 in Form eines Schlitzes oder einer Anzahl von Löchern zum Sprühen eines nichtoxidierenden Gases in der Düse 3 in dem Abschnitt stromabwärts der Düsenöffnung 4 bezüglich der Umdrehungsrichtung der Beschichtungswalze 2 vorgesehen.
Der Schlitz 5 verläuft kontinuierlich in Breitenrichtung des Bandes in der Düse 3 und ist in Laufrichtung des Bandes unterteilt oder besteht aus einer Anzahl von Teilschlitzen jeweils in der Gesamtlänge des Schlitzes 5, wodurch die getrennte Steuerung des Drucks des Gasstrahls für die entsprechenden Teilschlitze oder in dem Abschnitt erleichtert wird, der vom Austrittsbereich des Schlitzes 5 verschieden ist, wodurch die allgemeine Steuerung des Drucks des Gasstrahls erleichtert wird. Die Anzahl der Löcher 5 ist in Breitenrichtung des Bandes angeordnet, und der Druck jedes Gasstrahls wird getrennt voneinander geregelt. Das Sprühen von Gas bietet folgenden Effekt.
Fig. 3 zeigt eine Anordnung, bei der das Sprühen von Gas nicht erfolgt. Das von der rotierenden Beschichtungswalze 2 aus der umgebenden Atmosphäre mitgerissene Gas trifft auf den Gießspiegel der Metallschmelze, wodurch der Gießspiegel stromabwärts in Rotationsrichtung der Walze verlängert bzw. gedehnt wird, und das Gas sinkt in diesen verlängerten Gießspiegel ein, dadurch wird die Bereitstellung eines Gießspiegels schwierig, der entlang der Breite des Bandes kontinuierlich verläuft.
Fig. 4 zeigt eine Anordnung, bei der das Sprühen von Gas vorgenommen wird. Das aus der Gassprühöffnung 5 gesprühte Gas wirkt auf den Gießspiegel der Metallschmelze entgegengesetzt zum Druck, der durch die Kollision des mitgerissenen Gases entsteht, wodurch verhindert wird, daß das mitgerissene Gas im Gießspiegel der Metallschmelze einsinkt, und dadurch wird die Bereitstellung eines Gießspiegels der Metallschmelze gesichert, der entlang der Breite des Bandes kontinuierlich verläuft, und somit wird für ein gleichmäßiges Aussehen der plattierten Oberfläche entlang der Breite des Bandes gesorgt. Fig. 5(b) zeigt das dadurch erreichte gleichmäßige Auftragen der Metallschmelze entlang der Breite der Walze schematisch.
Je höher der Gassprühdruck (oder Spitzendruck), desto höher ist die maximale Umfangsgeschwindigkeit der Walze, dies sorgt für ein gleichmäßiges Auftragen der Metallschmelze auf der Walzenoberfläche, wie es aus Fig. 6 ersichtlich ist.
Die auf dem Stahlband abgeschiedene Metallmenge schwankt auch entlang der Breite des Bandes, wenn sich der Abstand zwischen Band und Düse aufgrund einer Verformung der Düse durch Wärme ändert. Diese Schwankung kann ausgeglichen werden, indem die Öffnung 5 der Düse 3 zum Sprühen von nichtoxidierendern Gas entlang der Breite des Bandes unterteilt wird, wodurch eine Anzahl von Durchgängen für das Gas bereitgestellt wird, und der Gassprühdruck der entsprechenden Durchgänge unabhängig voneinander geregelt wird, womit die gewünschte Verteilung der Menge des abgeschiedenen Metalls entlang der Breite des Bandes ermöglicht wird, wie es Fig. 7 zeigt.
Selbst wenn die oben genannten Bedingungen erfüllt werden, erzeugt die aus der Düse abgegebene Metallschmelze in einigen Fällen Streifen auf der Beschichtungswalze 2. In diesem Fall muß der Spalt zwischen dem Düsenschlitz und der Beschichtungswalze 2 geregelt werden, wobei folgende Bedingungen in Betracht gezogen werden.
Die Metallschmelze kann entlang der Breite der Walze (die der Breite des Bandes entspricht) gleichmäßig auf die Walzenoberfläche aufgebracht werden, wenn die Düse so angeordnet ist, daß die Kante des Düsenschlitzes, die bezüglich der Umdrehungsrichtung der Walze stromabwärts angeordnet ist, der Walzenoberfläche am nächsten ist, wie es in Fig. 8(a) gezeigt ist. Auf der Oberfläche der Beschichtungswalze entstehen Streifen der Metallschmelze, wenn die Düse so angeordnet ist, daß die Kante des Düsenschlitzes, die stromaufwärts bezüglich der Umdrehungsrichtung der Walze angeordnet ist, der Walzenoberfläche am nächsten ist, wie in Fig. 8(b) gezeigt.
Das bedeutet, daß der Spalt zwischen der Walzenoberfläche und dem Düsenschlitz bezüglich der Position des Spalts eingestellt werden muß, an der die Metallschmelze schließlich den Düsenschlitz verläßt, d.h. der Position, an der die Walzenoberfläche beginnt, sich von der Ebene wegzubewegen, die vom Austrittsabschnitt des Düsenschlitzes definiert wird.
Um die abgeschiedene Metallmenge zu regeln, kann auch eine Beschichtungswalze verwendet werden, die auf der Walzenoberfläche mit einer Anzahl feiner Vertiefungen versehen ist, wie sie eine Gravurwalze aufweist, so daß die Metallschmelze in den Vertiefungen aufgenommen und dann auf die Oberfläche des Bandes übertragen wird.
Wie bereits erwähnt, kann in Anbetracht der Haltbarkeit der Walze zumindest die Rolloberfläche der Beschichtungswalze 2 aus Keramikmaterial bestehen. Keramikmaterial hat vorteilhafterweise eine geringe Reaktivität gegenüber der Metalischmelze, hat jedoch gleichzeitig eine schlechte Benetzbarkeit durch die Metallschmelze. Selbst wenn die oben genannten Bedingungen erfüllt sind, bewirkt eine schlecht benetzbare Walzenoberfläche, daß die Metallschmelze, wenn sie gleichmäßig aufgebracht worden ist, von der Walzenoberfläche abgewiesen wird, wodurch eine ungleichmäßige Abscheidung auf der Bandoberfläche hervorgerufen wird.
Zur Lösung dieses Problems wird die Temperatur der Beschichtungswalze 2 so gesteuert, daß sie nicht höher als der Schmelzpunkt der Metallschmelze ist, vorzugsweise höchstens um 150ºC, so daß die auf die Beschichtungswalze 2 aufgebrachte Metallschmelze in einem eingeschränkten Bereich in der Nähe der Grenzfläche zur Walzenoberfläche teilweise erstarrt, so daß eine selbsttragende Schicht entsteht, die eine gute Benetzbarkeit mit der anschließend damit aufgebrachten Metallschmelze sichert. Die Temperatur der Beschichtungswalze wird nicht natürlich geringer, da die aufgebrachte Metallschmelze eine Temperatur oberhalb ihres Schmelzpunktes hat. Deshalb ist ein Zwangskühlung notwendig, um die Beschichtungswalze 2 auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts der aufgebrachten Metallschmelze abzukühlen. Dies wird erreicht, indem ein Kühlmittel, wie Wasser oder ein nichtoxidierendes Gas, durch die Walze strömt, wodurch ein Wärmeaustausch erfolgt und dadurch die Wärme von der Walze abgeleitet wird. Dies verhindert das Auftreten von Spritzern der Metallschmelze sogar bei einer hohen Umdrehungsgeschwindigkeit der Beschichtungswalze 2 und dies ist unabhängig vom Material der Walzenoberfläche Der mit diesen Maßnahmen erreichte Effekt ist in Fig. 9 gezeigt.
Nach der vorliegenden Erfindung wird derselbe Effekt erzeugt, wenn sich die Beschichtungswalze bezüglich der Laufrichtung des Bandes entweder in natürlicher oder umgekehrter Richtung dreht.
Die Verwendung einer reduzierenden Atmosphäre kann vorteilhaft sein, um die Oberfläche des zu plattierenden Bandes zu reinigen.
Das Stahlband, auf dem die Metallschmelze abgeschieden worden ist, wird durch Besprühen mit einem nichtoxidierenden Gas, Luft oder einer Wasser-Luft-Mischung abgekühlt, wodurch das abgeschiedene Metall erstarrt und ein mit einer Metallschmelze plattiertes Stahlband bereitgestellt wird.
Es kann auch ein Stahlband hergestellt werden, das auf beiden Seiten plattiert ist, indem ein Paar Beschichtungswalzen verwendet wird, die auf beiden Seiten des zu plattierenden Stahlbandes angeordnet sind, und das gleichzeitige Plattieren auf beiden Seiten vorgenommen wird.
Die Figuren 10(a) und 10(b) zeigen Anordnungen für die Durchführung (a) des einseitigen Plattierens bzw. (b) des beidseitigen Plattierens.
Beim kontinuierlichen Plattierungsverfahren werden Stahlbänder von unterschiedlichen Rollen gewöhnlich durch Schweißen miteinander verbunden, wodurch ein Verbindungsabschnitt mit einer Dicke entsteht, die um einiges über der Dicke des Bandes liegt. Der Verbindungsabschnitt beschädigt die Beschichtungswalze 2, wenn er über diese Walze läuft. Um das zu vermeiden, kann die Beschichtungswalze 2 mit einem sofort wirkenden Schutzmechanismus versehen sein, der von einem Führungssignal von der Schweißverbindung automatisch betätigt wird.
Eine gute Benetzbarkeit zwischen Stahlband und Metallschmelze ist wesentlich, damit eine haftende Plattierung gesichert wird, und deshalb muß die zu plattierende Oberfläche des Stahlbands ausreichend sauber sein. Das Reinigen der Bandoberfläche kann durch ein herkömmliches Reinigungsverfahren erfolgen, z.B. die Vorbehandlung durch Erwärmen in einer reduzierenden Atmosphäre, das Entfetten, Beizen usw. oder die Anwendung eines Flußmittels.
Das zu plattierende Stahlband wird auf eine Temperatur in der Nähe des Schmelzpunkts der Metallschmelze erwärmt, wie es bei herkömmlichen Verfahren zum Plattieren im Metallbad gewöhnlich vorgenommen wird.

Beispiel 1

Fig. 2 zeigt die Anordnung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Es wurde eine Reinigung der Oberfläche des Stahlbandes 1 vorgenommen, indem es in einer reduzierenden Atmosphäre erwärmt wurde. Eine ebene Beschichtungswalze 2 steht mit dem Stahlband in Kontakt, und eine Plattierungsdüse 3 ist in der Nähe der Beschichtungswalze 2 und in einem Abstand von 0,5 mm unter der Walze 2 angeordnet. Der Schlitz 4 zum Ausstoßen der Metallschmelze weist eine an der Düsenspitze gemessene Breite der Öffnung von 2 mm auf. Die gegenseitigen Positionen von Düse 3 und Walze 2 sind wie in Fig. 8(a) gezeigt. Die Walze 2 und die Düse 3 bestehen aus Chromoxid. Wie in Fig. 11 gezeigt, wird die Metallschmelze 8 der Düse 3 aus einem Schmelzgefäß 6 zugeführt, in das ein festes Metallmaterial 7 kontinuierlich eingeführt wird, damit ein Spitzendruck entsteht, der die Zufuhr der Metallschmelze erleichtert. Fig. 11 zeigt auch die Öffnung 9 für die Zufuhr der Metallschmelze und die Öffnung zum Einführen von Gas, die verwendet wird, wenn das Komprimieren von Gas vorgenommen wird. Das feste Material 7 wird dem Gefäß 6 mit einer Geschwindigkeit zugeführt, bei der der Verbrauch der Metallschmelze im Gefäß 6 ausgeglichen wird, so daß die Metallschmelze in der gewünschten Geschwindigkeit bzw. Menge dem Auftragsort auf der Oberfläche des Bandes zugeführt wird.
Ein 500 mm breites, 0,8 mm dickes Stahlband wurde bei einer Auftragsdicke von 20 µm und einer Laufgeschwindigkeit des Bandes von 400 m/min nach den erfindungsgemäßen Verfahren mit einer Zinkschmelze plattiert. Die Gasatmosphäre in der Plattierungsvorrichtung war eine Mischung aus 15% Wasserstoffgas und einem Rest in Form von Stickstoff. Die Gasatmosphäre wurde aus der Düse 3 mit einem Verteilerdruck von 0,25 kgf/cm² abgegeben. Das Band wurde bei einer Temperatur von 450ºC gehalten, und die Beschichtungswalze behielt beim Plattieren eine Temperatur von 350ºC.
Nach dem Abscheiden der Metallschmelze wurde das Band 1 min bei dieser Temperatur gehalten, anschließend durch Umgebungsluft abgekühlt, bis das abgeschiedene Metall erstarrt und danach mit Wasser bis auf Raumtemperatur gekühlt.
Das so hergestellte plattierte Stahlband wies ein sehr gutes und gleichmäßiges Aussehen auf, und die an der Grenzfläche zwischen dem abgeschiedenen Metall und dem Stahlgrund entstandene Legierungsschicht wies eine Dicke auf, die ein Zehntel der Dicke betrug, die durch ein herkömmliches Verfahren erreicht wird.

Beispiel 2

Es wurde die in Fig. 2 gezeigte Anordnung verwendet. Die Oberfläche des Stahlbandes 1 wird durch Erwärmen in einer reduzierenden Gasatmosphäre gereinigt. Eine Gravurstreichwalze 2 wird mit dem Band 1 in Kontakt gebracht, und ein Düse 3 wird in der Nähe der Beschichtungswalze 2 angeordnet. Die Gravurwalze 2 weist gitterförmige Zellen mit einer Maschengröße von 75 Abschnitten/2,54 cm (inch) und einer Zelltiefe von 135 µm auf. Die Beschichtungswalze 2 dreht sich in der gleichen Richtung wie das Band läuft. Die Düse 3 wird in einem Abstand von 0,9 mm unter der Beschichtungswalze 2 angeordnet, wie es in Fig. 8(a) gezeigt ist. Der Schlitz der Düse 3 weist an der Düsenspitze eine Breite der Öffnung von 0,9 mm auf. Die Beschichtungswalze 2 und die Düse 3 bestehen aus Siliciumnitrid. Wie in Fig. 11 gezeigt, wird eine Metallschmelze 8 der Düse 3 aus einem Schmelzgefäß 6 zugeführt, dem kontinuierlich festes Metallmaterial 7 zugesetzt wird, wodurch ein Spitzendruck erzeugt wird, der die Zufuhr der Metallschmelze erleichtert. Das feste Material 7 wird dem Gefäß 6 mit einer solchen Geschwindigkeit zugeführt, daß der Verbrauch der Metallschmelze im Gefäß 6 ausgeglichen wird, so daß die Metallschmelze dem Auftragsort auf der Oberfläche des Bandes in der gewünschten Geschwindigkeit bzw. Menge zugeführt wird.
Ein 500 mm breites, 0,8 mm dickes Stahlband wurde mit einer Auftragsdicke von 20 µm und bei einer Laufgeschwindigkeit des Bandes von 400 m/min nach der vorliegenden Erfindung mit einer Zinkschmelze plattiert. Die Gasatmosphäre in der Plattierungsvorrichtung war eine Mischung aus 15% Wasserstoffgas und einem Rest in Form von Stickstoff. Die Gasatmosphäre wurde aus der Düse 3 bei einem Verteilerdruck von 0,25 kgf/cm² abgegeben. Das Band wurde bei einer Temperatur von 450ºC gehalten, und die Beschichtungswalze 2 blieb beim Plattieren bei einer Temperatur von 400ºC.
Nach dem Abscheiden der Metallschmelze wurde das Band 1 min bei dieser Temperatur gehalten, anschließend durch die Umgebungsluft abgekühlt, bis das abgeschiedene Metall erstarrte und mit Wasser bis auf Raumtemperatur gekühlt.
Das so hergestellte plattierte Stahlband wies ein sehr gutes und gleichmäßiges Aussehen auf, und die an der Grenzfläche zwischen abgeschiedenem Metall und Stahlbasis erzeugte legierte Schicht wies eine Dicke auf, die ein Zehntel der Dicke beträgt, die bei einem herkömmlichen Verfahren erreicht wird.

Beispiel 3

Das erfindungsgemäße Plattieren in einem Zinkbad erfolgte in der gleichen Reihenfolge wie in Beispiel 2, außer daß die Gravurwalze 2 eine Maschengröße von 180 Abschnitten/2,54 cm (inch) und eine Zelltiefe von 45 µm aufwies, und die Dicke der Zinkbeschichtung 5 µm betrug.
Es wurde ein mit Zink plattiertes Stahlband mit einem sehr gutem und gleichmäßigen Aussehen hergestellt.

Beispiel 4

Das erfindungsgemäße Plattieren mit einer Aluminiumschmelze erfolgte in der gleichen Reihenfolge wie in Beispiel 3, außer daß die Temperatur des Bandes 650ºC betrug und die Temperatur der Walze beim Plattieren bei 600ºC lag und die Dicke der Aluminiumbeschichtung 5 µm betrug.
Es wurde ein mit Aluminium plattiertes Stahlband mit einem sehr gutem und gleichmäßigem Aussehen erzeugt.

Beispiel 5

Das erfindungsgemäße Plattieren in Zinkbad erfolgte in der gleichen Reihenfolge wie in Beispiel 2, außer daß der Einsprühdruck der Gasatmosphäre entlang der Breite der Walze variierte, so daß eine gleichmäßige Auftragsdicke gesichert ist, wenn der Abstand zwischen Walze/Düse entlang der Breite des Bandes schwankt oder wenn der Abstand am Kantenabschnitt der Walze aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungseigenschaften zunimmt.
Es wurde ein mit Zink plattiertes Stahlband mit sehr gutem und gleichmäßigem Aussehen entlang der Breite des Bandes hergestellt.

Vergleichsbeispiel 1

Das Plattieren im Metallbad erfolgte in der gleichen Weise wie in den Beispielen 1, 2, 3 oder 4, außer daß kein nichtoxidierendes Gas gesprüht wurde.
Das so plattierte Stahlband hatte kein gleichmäßiges Aussehen, sondern wies auf der Oberfläche Streifen auf.

Vergleichsbeispiel 2

Das Plattieren mit einer Metallschmelze erfolgte in der gleichen Reihenfolge wie in den Beispielen 1, 2, 3, 4 oder 5, außer das die Walze und die Düse wie in Fig. 8(b) gezeigt angeordnet waren.
Die Metallschmelze erzeugte auf der Walzenoberfläche Streifen, und das gleichmäßige Plattieren konnte nicht vorgenommen werden.

Vergleichsbeispiel 3

Das Plattieren mit einer Metallschmelze erfolge in der gleichen Reihenfolge wie in den Beispielen 1, 2, 3, 4 oder 5, außer daß die Temperatur der Walzenoberfläche oberhalb des Schmelzpunkts der Metallschmelze lag.
Wenn die Umfangsgeschwindigkeit der Walze 50 m/min oder mehr beträgt, spritzt das geschmolzene Metall von der Walzenoberfläche weg, und das Plattieren konnte nicht vorgenommen werden.
Bei den gegenwärtigen Fertigungsanlagen für das Plattieren mit einer Aluminium- oder Zinkschmelze nimmt die Produktion hauptsächlich bei Auto- und Baumaterialien zu, und deshalb werden die Geschwindigkeit der Anlage, das Niveau, bis zu dem das plattierte Band aus dem Metallschmelzbad angehoben wird, und die Konstruktionskosten höher. Vielfältigere Produktarten führen zu Verfahrensverlusten, wenn die Produktarten umgestellt werden. Es ist auch eine Verbesserung der Produktqualität erforderlich, wie eine Verhinderung des Anhaftens von Schlacke, eine gleichmäßige Beschichtung und eine gute Formbarkeit.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Plattieren mit einer Metallschmelze bereit, durch das die oben genannten Probleme gleichzeitig gelöst werden.

Claims

1. Verfahren zum Plattieren mit einer Metallschmelze, welches die Schritte umfaßt: Inkontaktbringen eines laufenden Stahlbandes, auf dem die Metallschmelze abgeschieden werden soll, mit einer rotierenden Walze;

Aufbringen der Menge der Metallschmelze, die auf dem Band abgeschieden werden soll, auf die Walze durch eine erste Düse, die die Form eines Schlitzes hat, dessen Kante, die bezüglich der Umdrehungsrichtung der Walze stromabwärts angeordnet ist, der Walzenoberfläche am nächsten ist, und in der Nähe der Walze angeordnet ist;

Sprühen von nichtoxidierendem Gas aus einer zweiten Düse in Richtung der Walze, auf der die Metallschmelze aufgebracht wurde;

und Befördern der aufgebrachten Metallschmelze von der Walze auf das Stahlband durch die Umdrehung der Walze, wobei die Temperatur der Walzenoberfläche bei einer Temperatur geregelt wird, die nicht höher als der Schmelzpunkt der Metallschmelze ist.

2. Vorrichtung zum Plattieren einer Metallschmelze, umfassend:

eine Beschichtungswalze, die mit dem laufenden Stahlband in Kontakt gebracht werden kann,

eine erste Düse, die die Form eines Schlitzes hat, dessen Kante, die bezüglich der Umdrehungsrichtung der Walze stromabwärts angeordnet ist, der Walzenoberfläche am nächsten ist, und in der Nähe der Walze angeordnet ist, zum Aufbringen der Metallschmelze auf die Walze,

eine Einrichtung, zum Zuführen der Metallschmelze zur ersten Düse;

eine iweite Düse zum Sprühen von nichtoxidierendem Gas auf die Walze, auf der die Metallschmelze aufgebracht worden ist, und

eine Einrichtung zur Regelung der Temperatur der Walzenoberfläche bei einer Temperatur, die nicht höher als der Schmelzpunkt der Metallschmelze ist.