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Verfahren zum Aufschmelzen der Zinnschicht von galvanisch verzinnten
Eisenbändern oder -blechen Es ist bekannt, daß der Glanz, das Reflektionsvermögen
und die Korrosionsbeständigkeit galvanisch verzinnter Eisenbänder und -bleche verbessertwerden
. können., indem nach der Elektrolyse das Band oder Blech kurzzeitig z. B. durch
elektrische Widerstandserhitzung auf eine dicht oberhalb des Zinnschmelzpunktes
liegende Temperatur erhitzt und anschließend beschleunigt abgekühlt wird.
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Umfangreiche systematische Untersuchungen haben ergeben, daß diesem
bekannten Aufschmelzverfahren folgende Nachteile anhaften.
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Bei - dem kurzzeitigen Aufschmelzen des galvanisch aufgebrachten Zinnüberzuges
bildet sich nicht eine gleichmäßig verteilte Zinnschicht, sondern es läuft vielmehr
das Zinn stellenweise zusammen, bildet also eine starkwellige unebene Oberfläche,
d. h. eine Vielzahl einzelner Zinnzusammenballungen, zwischen denen zinnarme Stellen
liegen.
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Hierdurch wird sowohl das Reflektionsvermögen der Weißbleche sowie
auch deren Korrosionsbeständigkeit erheblich beeinträchtigt. Dieses stellenweise
Zusammenballen der flüssigen Zinnschicht während des Aufschmelzens wird dadurch
gefördert, daß ein Teil des während des Beiz- und galvanischen Prozesses aufgenommenen
Wasserstoffs während des Aufschmelzens entweicht und die flüssige Zinnschicht aufbläht.
Dieser Vorgang wird noch dadurch verstärkt, daß Reste von
Elektrolytflüssigkeit
und Säure, die sich infolge Kapillarwirkung in Poren des Überzugs angesammelt haben
und durch Waschen und Trocknen der Bänder und Bleche nach der Elektrolyse nicht
in genügendem Maße entfernt werden konnten, eine Dampfbildung in der flüssigen Zinnschicht
hervorrufen. Durch diese Gas- und Dampfentwicklung entstehen während des Aufschmelzens
kraterförmige Aufrauhungen der Zinnoberfläche.
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Ferner ist zu berücksichtigen, daß das Aufschmelzen der Zinnauflage
wegen der Oxydationsgefahr der Bänder oder Bleche und auch wegen des Zusammenlaufens
-der flüssigen Zinnschicht nur kurzzeitig vorgenommen werden kann. Bei dieser kurzzeitigen
Erhitzung bildet sich nicht wie. bei der Feuerverzinnung eine dünne Legierungsschicht
(Eisenziiinschticht) zwischen Überzugs- und Grundmetall. Versuche haben aber gezeigt,
daß die Bildung dieser Legierungszwischenschicht eine Voraussetzung für eine gute
Benetzung der Eisenoberfläche durch flüssiges Zinn ist und damit auch die Voraussetzung
zur Vermeidung des Zusammenlaufens der Zinnauflage zu kleinen Tropfen und der Erzielung
eines gleichmäßigen porenarmen Überzuges.
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Aus dem Ergebnis dieser Untersuchung geht klar hervor, daß das bisher
angewendete Aufschmelzverfahren nicht zu einer- günstigen Struktur des Zinnüberzuges
führen kann.
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Vor Anwendung des elektrischen Aufschmelzverfahrens war es bekannt;
galvanisch verzinnte Bänder durch ein heißes Ölbad zu führen. Es ist vor längerer
Zeit auch vorgeschlagen worden, die Bänder durch zwei hintereinandergeschaltete
Öl-Bäder zu führen, von denen das erste eine unter dem Zinnschmelzpunkt liegende
Temperatur und das zweite eine erheblich über dem Zinnschmelzpunkt liegende Temperatur
(etwa 287°) aufweist. Hier wird die Wärme verhältnismäßig langsam von außen mit
dem heißen Öl durch Wärmeleitung auf das Band übertragen. Es ist demgemäß eine Durchlaufzeit
von einigen Sekunden durch das 01
erforderlich, die im zweiten Bad, auch im
Hinblick auf dessen -hohe Temperatur, eine zu starke Erhitzung der Zinnoberfläche
und damit ein Zusammenlaufen des Zinns zu kleinen Tropfen zur Folge hat. Außerdem
bildet sich durch die längere Erhitzung über den Zinnschmelzpunkt eine stärkere
Legierungsschicht, die bis in die Oberfläche reicht. Da diese Eisenzinnlegierung
nicht korrosionsfest .st, so wird damit der Korrosionsschutz herabgesetzt. Da die
Eisenzinnlegierung 8i'o/o Zinnanteil aufweist, so wird damit auch eine erhebliche
Zinnmenge dem eigentlichen Korrosionsschutz entzogen.
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Außerdem wirkt sich eine dickere Legierungsschicht auch für die Verarbeitung
sehr nachteilig aus, da bei der Verformung, z. B. Falzen, die` spröde Legierungsschicht
ein Aufreißen der dünnen Zinnschicht verursacht.
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Beidem vorliegenden Aufschmelzverfahren, das die . bekannte Induktions-
oder Widerstandserhitzung benutzt, werden nach der Erfindung die Eisenbänder oder
-bleche zunächst in einer ersten Heizstufe, vorzugsweise bis dicht an die Zinnschmelzterriperatur,
vorerhitzt und dann zum Aufschmelzen in einer zweiten Heizstufe kurzzeitig auf eine
zweckmäßig dicht über dem Zinnschmelzpunkt liegende Temperatur erhitzt, wobei die
Aufschmelzzeit nur einen Bruchteil der Vormärmzeit beträgt.
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In der ersten Erwärmungsstufe werden die vonder Elektrolyse herrührenden
schädlichen Verunreiriigungen beseitigt, indem bei dieser Vorerhitzung Wasserstoff,
Wasserdampf und Reste von Elektrolytflüssigkeit entweichen. Es werden damit also
reinere Grenzflächen zwischen Eisenband und Zinnschicht gebildet. Die Vorerhitzung
auf eine Temperatur. unterhalb des Zinnschmelzpunktes, beispielsweise auf etwa 2oo°
C, bewirkt ferner die Mischkristallbildung (intermetallische Verbindung), d. h.
die Bildung der obenerwähnten Legierungsschicht (Eisenzinrnschicht). Erst nach.
Beseitigung der vo:ngenannten Unrein :igkeiten und nach Bildung der Legierungsschicht
sind die Voraussetzungen für das gleichmäßige Aufschmelzen der Zinnschicht gegeben.
Dieses Aufschmelzen erfolgt dann nach- der Erfindung in einer zweiten Erhitzungsstufe,
in welcher die Bänder oder Bleche ganz kurzzeitig über die Zinnschmelztemperatur,
d. h. beispielsweise Bruchteile einer Sekunde, auf eine Temperatur von 2q.0° C erhitzt
werden.
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Dieses blitzartige Aufschmelzen hat die Wirkung, daß eine sehr gleichmäßige
Verschmelzung der Zinnpartikelchen zu einer dichten Zimischicht eintritt und ein
Zusammenlaufen zu Zinntropfen unterbunden wird. Außerdem kann auch in dieser zweiten
außerordentlich kurzen Erhitzungsstufe keine weitere Legierungsbildung eintreten,
so daß die in der ersten Erhitzungsstufe gebildete verhältnismäßig dünne Eisenzinnschicht
nicht verstärkt wird. Es wird also in der zweiten Stufe nur die Verschmelzung der
Zinnschicht bewirkt. Mit dem neuen Verfahren wird also ein verzinntes Blech oder
Band erzielt, das an der Oberfläche eine reine Zinnschicht aufweist, wodurch der
Korrosionsschutz erhöht wird. Die nur in der . Vorerhitzungsstufe entstehende dünne
Legierungsschicht hat für die nachträglich-- Verarbeitung bzw. Verformung der Bleche
(Falzen, Drücken, Biegen) zu Konservendosen u. dgl. insofern eine erhebliche Bedeutung,
als bei dieser Verformung kein Aufreißen der dünnen Zinnschicht an der Oberfläche
eintritt.
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In der Zeichnung ist die Durchführung des neuen Verfahrens beispielsweise
veranschaulicht und das Ergebnis des Verfahrens gezeigt. Es stellt dar Fig. i eine
Vorrichtung zum Vorerhitzen und Aufschmelzen galvanisch verzinnter Eisenbänder,
Fig. 2 eine Mikroaufnahme von Weißblech, das nach dem bekannten elektrischen Aufschmelzverfahren
behandelt wurde, Fig. 3 bis 5 Mikroaufnahmen von Weißblechen, die nach dem neuen.
Verfahren behandelt wurden. Nach Fig. i wird das aus dem galvanischen Bad kommende
gereinigte und getrocknete Band i in
Pfeilrichtung A durch eine
Heizvorrichtung 2 geführt, in welcher die obenerwähnte Vorerhitzung des Bandes stattfindet.
Anschließend wird das verzinnte Eisenband durch eine zweite Heizvorrichtung 3 geführt,
in' der das Aufschmelzen erfolgt, worauf das beschleunigte Abkühlen (Abschrecken):
des Bandes in bekannter Weise stattfindet.
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Die Nachbehandlung, d. h. Erhitzung des Weißbandes (oder -bleches)
auf eine Temperatur oberhalb des Zinnschmelzpunktes, wird also nicht, wie bisher
üblich, in einer Stufe, sondern vielmehr in zwei Erhitzungsstufen vorgenommen. Kennzeichnend
für den zeitlichen Erwärmungsverlauf eines nach dem neuen Verfahren behandelten
Weißbandes oder -bleches ist somit, daß in der Temperatur-Zeit-Kurve eine ausgesprochene
Temperaturstufe bzw. eine Verzögerung der Erwärmungsgeschwindigkeit dicht unterhalb
des Schmelzpunktes der Zinnauflage in Erscheinung tritt.
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Zum Beispiel wird das Weißband durch Induktion erhitzt, d. h. durch
mit- hoch- oder mittelfrequentem Wechselstrom beaufschlagte Spulen geführt. Statt
dessen kann für die beiden Heizstufen 2 und 3 auch eine elektrische Widerstandserhitzung
vorgesehen sein, wobei das Band oder Blech an den Seitenrändern durch Kontaktrollen
läuft und damit der Stromkreis durch die Bänder oder Bleche kurzgeschlossen wird.
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In der ersten Erwärmungsstufe :2 wird' das Band oder Blech auf eine
Temperatur erhitzt, die einerseits unterhalb des Schmelzpunktes derZinnauflage,
andererseits aber oberhalb I2o° C liegt. In der zweiten Stufe 3 wird das Band oder
Blech auf eine Temperatur oberhalb des Zinnschmelzpunktes gebracht. Es ist dabei
zweckmäßig, die Bänder oder Bleche in der ersten Stufe 2 längere Zeit zu erwärmen
(z. B. einige Sekunden), jedoch in der zweiten Stufe 3 das Zinn kurzzeitig aufzuschmelzen
(z. B. Bruchteil einer Sekunde), so daß also die Vorerhitzungszeit das Mehrfache
der Auf'schmelzzeit beträgt. Eine längere Vorwärmzeit in der Stufe r ist notwendig
zur Legierungsbildung sowie um den gelösten Gasen (insbesondere Wasserstoff sowie
Wasserdampf) genügend Zeit zu lassen, um aus der Eis,enbandoberfläche und der Zinnauflage
heraus zu diffundieren. Die Band- bzw. Blechgeschwindigkeit kann dabei sehr hoch
sein, z. B. 5oo m pro Minute betragen, indem die beiden Heizstufen 2 und 3 entsprechend
lang gewählt werden..
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Die Mikroaufnahmen der Fig. 2 bis 5 zeigen in starker Vergrößerung
die Oberfläche von Weißband bzw. -blech (galvanisch verzinnt) mit to g/m2 Zinnauflage.
Das in Fig. 2 gezeigte Weißband bzw. -hlech ist mit dem bekannten. Aufschmelzverfahren
behandelt worden. Die Mikroaufnahme zeigt ein starkes örtliches Zusammenlaufen der
Zinnschicht, so daß sich eine sehr ungleiche wellige Zinnauflage ergibt.
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Dit Proben nach Fig. 3, 4 und 5 wurden mit dem neuen Verfahren gemäß
vorliegender Erfindung behandelt. Sie unterscheiden sich nur durch verschieden große
Vorwärmzeiten. Die Vorwärmzeit der Probe nach Fig. 4 ist größer als jene nach Fig.-
3 und die Vorwärmzeit der Probe nach Fig. 5 wiederum länger als jene der Fi.g. 4.
Es ist ersichtlich, daß diese nach dem neuen Verfahren behandelten Proben: eine
wesentlich gleichmäßigere Oberfläche zeigen als die Probe der Fig. 2 und daß die
Verfeinerung der Oberflächenstruktur mit der Vorwärmzeit zunimmt.
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Ein weiterer Vorteil des neuen Verfahrens ist darin zu sehen, daß
man mit wesentlich kürzeren Aufschmelzzeiten als bisher auskommen kann. Dies ergibt
sich hieraus, daß das Weißband oder -blech zunächst auf eine Temperatur von beispielsweise
200° vorerhitzt wird und daß es dann naturgemäß in der zweiten Stufe nur einer sehr
kurzen weiteren Erhitzung bedarf, um das Weißband oder -blech auf etwa 24o°, d.
h. die Aufschmelztemperatur, zu bringen. Auch durch diese wesentliche Verkürzung
des eigentlichen Aufschmelzvorganges wird das bei den bekannten Verfahren auftretende
Zusammenlaufen der Zinnschicht wirksam verhindert.