EP0663454B2 - Verfahren zur Unterdrückung der Zinkdampfbildung beim Schmelztauchbeschichten eines Stahlbandes - Google Patents

Verfahren zur Unterdrückung der Zinkdampfbildung beim Schmelztauchbeschichten eines Stahlbandes Download PDF

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EP0663454B2
EP0663454B2 EP94112801A EP94112801A EP0663454B2 EP 0663454 B2 EP0663454 B2 EP 0663454B2 EP 94112801 A EP94112801 A EP 94112801A EP 94112801 A EP94112801 A EP 94112801A EP 0663454 B2 EP0663454 B2 EP 0663454B2
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EP
European Patent Office
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zinc
steel strip
suppressing
dip coating
gas atmosphere
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EP94112801A
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EP0663454B1 (de
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Wilhelm Dr. Phys. Dürr
Peter Dipl.-Ing. Helberg
Wilhelm Dr.-Ing. Warnecke
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Thyssen Stahl AG
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Thyssen Stahl AG
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    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/04—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the coating material
    • C23C2/06—Zinc or cadmium or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/003—Apparatus
    • C23C2/0038—Apparatus characterised by the pre-treatment chambers located immediately upstream of the bath or occurring locally before the dipping process
    • C23C2/004—Snouts

Definitions

  • the invention relates to a method for suppression the formation of zinc vapor during hot dip coating a steel belt.
  • EP 0 172 681 then contains the teaching in more detail limited amount of water vapor in the protective gas atmosphere in the trunk above the zinc bath surface.
  • the inert or nitrogen gas introduced 250 to 4500 ppm water vapor and 1 to 8 Vol .-% hydrogen injected.
  • Zinc oxide formed, which covers the zinc bath surface and a further zinc evaporation as a barrier layer prevented. In practice, this is known
  • methods according to EP 0 172 681 have disadvantages.
  • the increased water vapor content in the trunk leads surface defects in a large number of steels on the line.
  • the decay of water molecules creates atomic hydrogen in the steel strip surface diffused. When cooling the dip coated Steel strip arise in the area of inclusion lines, in which the atomic hydrogen accumulates, bulges on the steel surface. This affect the flatness and appearance of the coated Steel surface and are intolerable.
  • the invention is based on the object without the disadvantages described in EP 0 172 681 known method from zinc evaporation to suppress the zinc dip bath, in particular should by the measure to be taken, the one to be coated Steel strip in its quality will not be affected.
  • the invention relates to a method according to independent claim 1; preferred embodiments are the subject of the dependent claims 2 and 3.
  • the invention suggested that the protective gas atmosphere in the trunk above the zinc bath surface Carbon dioxide and a reducing gas, such as Contains hydrogen and / or carbon monoxide.
  • a reducing gas such as Contains hydrogen and / or carbon monoxide.
  • the proportion of carbon dioxide in the Atmosphere of the probosc is at least 0.05 to about 8 % By volume, preferably 0.5 to 4% by volume.
  • the amount of hydrogen can up to 20 vol .-% that of carbon monoxide up to 10 vol .-%.
  • the ratio of reducing ones Gas to carbon dioxide in the protective gas atmosphere of the trunk is at least 1: 1 i.e. So, an excess of reducing should be preferred Gas be present.
  • a gas mixture consisting of nitrogen or an inert gas mixture and of carbon dioxide and a reducing gas is introduced into the trunk above the zinc bath surface.
  • the individual gases of the mixture are fed into the proboscis through a feed pipe via conventional mass flow controllers.
  • Zinc reacts with the carbon dioxide on the bath surface according to the chemical formula Zn + CO2 ⁇ ZnO + CO.
  • the protective gas atmosphere in the trunk area is a reducing one Gas such as hydrogen or Carbon monoxide, contained in excess as a regulatory. This prevents the dissociation of carbon dioxide produced with the Steel strip surface reacts with the formation of oxide.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterdrükkung der Zinkdampfbildung beim Schmelztauchbeschichten eines Stahlbandes.
Beim kontinuierlichen Schmelztauchbeschichten von Stahlbändern gelangt das in mehreren Stufen vorbehandelte Stahlband über einen Rüssel in das mit flüssigem Zink gefüllte Becken der Schmelztauchbeschichtungsanlage. Aufgrund des hohen Dampfdruckes von Zink über der flüssigen Phase verdampfen von der Badoberfläche im Rüssel verhältnismäßig große Mengen an Zink, wenn man nicht geeignete Gegenmaßnahmen trifft. Der Zinkdampf strömt dann entgegen der Bandlaufrichtung und sublimiert an den kühleren Rüsselwänden oder spätestens an den Wänden im Bereich der vorgeschalteten Kühlzone. Das hat zur Folge, daß sich zum einen die Wände dieser Anlagenbereiche in erheblichem Maße mit Zinksublimat bedecken, wodurch häufige Reinigung erforderlich wird. Störender sind aber abgelagerte Zinkstaubpartikel, die sich während des Betriebs von den Wänden des Rüssels, an denen sie sich zunächst abgelagert hatten, ablösen und auf dem Stahlband niederschlagen. Dort führen die Zinkstaubpartikel nach dem Beschichtungsprozeß zu störenden Oberflächenfehlern. Diese sind angesichts der gestiegenen Anforderungen der Kunden an die Qualität von oberflächenveredeltem Stahlband, z.B. beim Einsatz der Bleche für Außenhautteile von Kraftfahrzeugen, nicht akzeptabel.
Man hat bereits Maßnahmen getroffen, um der störenden Zinkdampfbildung entgegenzuwirken. So hat man zunächst durch eine Taupunktkontrolle des Schutzgases (Inertgas oder Stickstoff) im Rüssel oberhalb der Zinkbadoberfläche dafür gesorgt, daß möglichst wenig Wasserdampf vorhanden ist, der durch Dissoziation Sauerstoff abspaltet, der sich mit dem Zinkdampf zu Zinkoxid umsetzt. Man war lange der Meinung, daß die auftretenden Oberflächenfehler auf der Bildung von Zinkoxid beruhen. Als weitere Maßnahme hat man in begrenzter Menge Wasserstoff dem Inertgas zugemischt.
Die EP 0 172 681 enthält dann die Lehre, in genau begrenzter Menge Wasserdampf in die Schutzgasatmosphäre im Rüssel oberhalb der Zinkbadoberfläche einzuleiten. Mit dem eingeleiteten Inert- oder Stickstoffgas wurden 250 bis 4500 ppm Wasserdampf und 1 bis 8 Vol.-% Wasserstoff eingeblasen. Durch Dissoziation des Wasserdampfes wurde auf der Zinkbadoberfläche Zinkoxid gebildet, welches die Zinkbadoberfläche abdeckt und als Sperrschicht eine weitere Zinkverdampfung verhindert. In der Praxis weist dieses bekannte Verfahren gemäß EP 0 172 681 jedoch Nachteile auf. Der angehobene Wasserdampfgehalt im Rüssel führt bei einer Vielzahl von Stählen zu Oberflächenfehlern am Band. Durch den Zerfall von Wassermolekülen entsteht atomarer Wasserstoff, der in die Stahlbandoberfläche eindiffundiert. Beim Abkühlen des tauchbeschichteten Stahlbandes entstehen im Bereich von Einschlußzeilen, in denen sich der atomare Wassserstoff anlagert, Auswölbungen an der Stahloberfläche. Diese beeinträchtigen die Ebenheit und das Aussehen der beschichteten Stahloberfläche und sind nicht tolerierbar.
Außerdem sind aufwendige Kontroll- und Steuerungsmaßnahmen erforderlich, um den Wasserdamofgehalt in den engen Grenzen einzustellen und durch kontrollierte Zufuhr aufrechtzuerhalten.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ohne die geschilderten Nachteile des aus der EP 0 172 681 bekannten Verfahrens die Zinkverdampfung aus dem Zinktauchbad zu unterdrücken, insbesondere soll durch die zu treffende Maßnahme das zu beschichtende Stahlband in seiner Qualität nicht beeinträchtigt werden.
Gegenstand des Erfindung ist ein Verfahren nach dem unabhängigen Anspruch 1; bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 und 3.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Schutzgasatmosphäre im Rüssel oberhalb der Zinkbadoberfläche zusätzlich Kohlendioxid sowie ein reduzierendes Gas, wie beispielsweise Wasserstoff und/oder Kohlenmonoxid enthält. Bevorzugt soll der Anteil von Kohlendioxid in der Atmosphäre des Rüssels mindestens 0,05 bis etwa 8 Vol.-%, bevorzugt 0,5 bis 4 Vol.-%, betragen. Der Anteil von Wasserstoff kann bis 20 Vol.-%, der von Kohlenmonoxid bis 10 Vol.-% betragen. Das Verhältnis von reduzierendern Gas zu Kohlendioxid in der Schutzgasatmosphäre des Rüssels beträgt, mindestens 1:1 d.h. also, bevorzugt sollte ein Überschuß an reduzierendem Gas vorhanden sein.
Nach der Erfindung wird in den Rüssel oberhalb der Zinkbadoberfläche ein Gasgemisch, bestehend aus Stickstoff oder einem Inertgasgemisch sowie aus Kohlendioxid und einem reduzierenden Gas eingeleitet. Die einzelnen Gase des Gemisches werden über herkömmliche Massendurchflußregler durch ein Zuleitungsrohr in den Rüssel eingespeist. An der Badoberfläche reagiert Zink mit dem Kohlendioxid nach der chemischen Formel Zn + CO2→ZnO + CO.
Um eine Bildung überschüssigen Sauerstoffs bei der Dissoziation von Kohlendioxid zu vermeiden, muß die Schutzgasatmosphäre im Rüsselbereich ein reduzierendes Gas, wie beispielsweise Wasserstoff oder Kohlenmonoxid, als Regulativ im Überschuß enthalten. Hierdurch wird also verhindert, daß aus der Dissoziation von Kohlendioxid entstehender Stauerstoff mit der Stahlbandoberfläche unter Oxidbildung reagiert.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Verfahrensweise kann auf eine Befeuchtung der Schutzgasatmosphäre mit Wasserdampf verzichtet werden. Dadurch ist das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber der bekannten Taupunktsteuerung der Schutzgasatmosphäre bzw. der gesteuerten Wasserdampfzufuhr zur Schutzgasatmosphäre einfacher und kostengünstiger durchführbar.

Claims (3)

  1. Verfahren zur Unterdrückung der Zinkverdampfung beim Schmelztauchbeschichten eines Stahlbandes mit Zink oder Zinklegierungen,
    dadurch gekennzeichnet, daß im Einlaufbereich der Zinkbeschichtungsanlage eine Schutzgasatmosphäre aus einem Gemisch eines Inertgases, mit Wasserstoff und/oder Kohlenmonoxid als reduzierenden Gasen und zusätzlich Kohlendioxid aufrechterhalten wird, wobei das Verhältnis von reduzierendem Gas zu Kohlendioxid in der Schutzgasatmosphäre mindestens 1:1 beträgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzgasatmosphäre 0,05 bis 8 Vol.-%, bevorzugt 0,5 bis 4 Vol.-% CO2, zugemischt werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzgasatmosphäre bis 20 % H2 und bis 10 % CO zugesetzt werden.
EP94112801A 1994-01-14 1994-08-17 Verfahren zur Unterdrückung der Zinkdampfbildung beim Schmelztauchbeschichten eines Stahlbandes Expired - Lifetime EP0663454B2 (de)

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DE4400886A DE4400886C2 (de) 1993-07-24 1994-01-14 Verfahren zur Unterdrückung der Zinkdampfbildung beim Schmelztauchbeschichten eines Stahlbandes

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EP0663454A1 EP0663454A1 (de) 1995-07-19
EP0663454B1 EP0663454B1 (de) 1998-04-15
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EP0663454A1 (de) 1995-07-19
ATE165121T1 (de) 1998-05-15
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