Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur verbesserten Führung eines Bandes
im Behandlungsbad von Bandbehandlungsanlagen, in denen das zu
behandelnde bandförmige Metallband horizontal durch flache
Flüssigkeitsbäder geführt wird.
Nach dem Stand der Technik sind solche Bandbehandlungsanlagen, wie
z.B. Beizen, mit Flüssigkeitsbädern mit ca. 100 mm bis 500 mm Badtiefe und
üblicherweise 10 m bis ca. 40 m Länge je Einzelbad ausgeführt. Die
Reaktionsgeschwindigkeit des Behandlungsmediums an der Bandoberfläche
des zu behandelnden bandförmigen Guts wird durch eine möglichst geringe
Badtiefe positiv beeinflußt, da durch die erhöhte Reynoldszahl eine höhere
Badturbulenz und aufgrund erhöhter Scherwirkung eine Verringerung der
Flüssigkeitsgrenzschicht am Band eintritt. Es besteht daher die Tendenz zu
immer geringeren Badtiefen und infolge dessen zu einem immer geringeren
Durchhang des Bandes im Behandlungsbad.
Ein weiterer Grund für einen sehr geringen Banddurchhang oder
durchhangsfreien Bandverlauf liegt in den vor- und nachgeschalteten
Anlagenteilen einer Bandbehandlungsanlage. Für diese Anlagenteile sind
häufig Bandzüge erforderlich, die von den im Behandlungsbecken für den
Banddurchhang erforderlichen Bandzügen abweichen. Um die aus diesem
Grund erforderlichen Einrichtungen zur Bandzugregelung einzusparen,
werden Bandbehandlungsanlagen mit sehr geringem Durchhang oder
durchhangsfreien Bandverlauf ausgeführt. Dabei kann das Bad mit
bekannten Verfahren, z.B. EP 0 655 519 A1, so abgedichtet werden, daß
das Niveau des Behandlungsmediums im Behandlungsbad oberhalb des
Bandein- und -Austritts liegt.
Neben einem optimalen Behandlungseffekt darf die Oberflächenqualität des
zu behandelnden Bandes aufgrund von Bodenberührungen im
Behandlungsbad nicht durch Kratzer, Schürfungen oder Glättungen
beeinträchtigt werden. Während bei größeren Badtiefen das zu behandelnde
Band in einer Kettenlinie durch die Behandlungsbäder geführt werden kann,
ohne den Boden zu berühren, ist dieses bei Bädern mit geringem
Banddurchhang nur noch mit Bodenberührung möglich, da das Durchhangs-Längenverhältnis
für eine stabile Regelung des Banddurchhanges zu
ungünstig ist. Es tritt dann nur mehr eine durch den Bandzug verursachte
Entlastung der Bodenberührung ein, nicht jedoch ein Abheben des Bandes
vom Boden. Häufig werden dann Gleitsteine in den Boden eingelegt, um die
Bodenberührung auf diese Gleitsteine zu begrenzen.
Im Falle der Bodenberührung sind zwei Geschwindigkeitszustände zu
unterscheiden. Bei höheren Bandgeschwindigkeiten bildet sich ein
hydrodynamischer Gleitfilm zwischen Band und Boden oder Gleitsteinen des
Behandlungsbeckens aus, so daß keine Schürfungen und Glättungen am
Band auftreten. Bei geringen Bandgeschwindigkeiten schleift dagegen das
Band über den Boden oder die Gleitsteine des Behandlungsbeckens, so daß
die Oberflächenqualität des Bandes beeinträchtigt werden kann und der
Boden oder die Gleitsteine verschleißen.
Kontinuierliche Bandbehandlungsanlagen verfügen über bekannte
Einrichtungen, um die zu behandelnden Einzelbänder aneinander zu
schweißen und diese so ohne Unterbrechung durch die Behandlungsbäder
zu ziehen. Bei einer besonderen Art von Bandbehandlungsanlagen, wie z.B.
Schubbeizen gemäß EP 0 302 057 B1, werden die Bänder einzeln mit der
Bandspitze voran durch entsprechende Einrichtungen durch das
Behandlungsbad geschoben, anschließend an der Bandspitze erfaßt und
dann vollständig durch das Behandlungsbad gezogen. Diese Anlagen
unterliegen nach dem Einschubvorgang bezüglich des Behandlungsbades
den gleichen oben geschilderten Bedingungen wie kontinuierliche
Bandanlagen. Während des Einschiebens und Ausziehens kann jedoch im
Gegensatz zu den kontinuierlichen Bandanlagen keine Entlastung der
Kontaktkräfte zwischen Band und Badboden durch den Bandzug erreicht
werden, da wegen des losen Bandanfanges beziehungsweise Bandendes
kein ausreichender Bandzug aufgebracht werden kann. Beim Einschub
können darüber hinaus Bandschlingen entstehen, die durch Reibung
zwischen Band und Badboden oder Störungen beim Lauf des Bandanfanges
verursacht werden, so daß der Anlagenbetrieb unterbrochen und das Band
neu in das Behandlungsbad eingeschoben werden muß.
Zweck dieser Erfindung ist es, die Bandführung in den oben beschriebenen
Bandbehandlungsanlagen mit flachen langen Behandlungsbädern
dahingehend zu verbessern, daß die Bodenberührung bei geringen
Geschwindigkeiten vermindert wird und die Funktionsunsicherheit durch
Schlingenbildung bei Anlagen mit Bandeinschub verbessert wird.
Die Erfindung ist daher dadurch gekennzeichnet, daß das
Behandlungsmediums zwischen Boden und zu behandelnden Band
eingedüst wird und einen Trag- und Sogeffekt erzeugt der die Auflage des
Bandes auf den Bottichboden entlastet und ein Abheben des Bandes
behindert. Dadurch wird sowohl bei stehendem Band, langsam laufendem
Band als auch bei hohen Bandgeschwindigkeiten das Band in Bodennähe
fixiert.
Entscheidend für die resultierenden Kräfte auf das Band ist das Verhältnis
zwischen Strömungsgeschwindigkeit und Flüssigkeitsreibung zwischen Band
und Boden des Behandlungsbehälters im Bereich um eine Stützquelle. Hohe
Strömungsgeschwindigkeiten unterhalb des Bandes führen zur Ausbildung
von Bereichen niedrigen Druckes, die resultierende Kraftkomponente aus
dem Eigengewicht des Bandes und der Ansaugwirkung durch die
Quellströmung zieht das Band zum Boden. Mit abnehmendem Abstand des
Bandes zum Boden erhöht sich der Strömungswiderstand und damit der
Druck unterhalb des Bandes, so daß sich ab einer bestimmten Spalthöhe ein
Trageffekt ausbildet, der den flächigen Kontakt des Bandes mit dem Boden
verhindert.
Der Abstand des zu behandelnden Bandes zum Behälterboden wird daher in
der Gleichgewichtslage von Unterdruck, Überdruck und auf das Band
einwirkenden äußeren Kräften fixiert. Bei Erhöhung der Bandgeschwindigkeit
wird der Quellströmung eine Strömung durch die Schleppwirkung des
Bandes überlagert, was zu einer großflächigen Ausbreitung des
hydrodynamischen Effektes der Bandfixierung führt.
Die Vorteile der beschriebenen Einrichtung sind, daß schon ein geringer
Überdruck von wenigen mbar ausreicht, um das Gewicht des Bandes
auszugleichen, da die gesamte Bandunterseite als Reaktionsfläche zur
Verfügung steht und daß ein Trageffekt schon bei stillstehendem Band
besteht.
Eine günstige Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens zwei Zuströmungen vorgesehen sind, zwischen denen durch die
Sperrwirkung der Zuströmung eine Tragtasche ausgebildet wird.
Insbesondere bei Bandbehandlungsanlagen mit Bandeinschub wird durch
die wiederholte Anordnung der hydrodynamischen Fixierung in
Bandlängsrichtung die freie Knicklänge des Bandes wesentlich reduziert und
damit die Gefahr der Schlingenbildung verringert.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß speziell bei dünnen Bändern durch die Sogwirkung der
hydrodynamischen Fixierung kombiniert mit einem als flache Mulde
ausgebildeten Boden des Behandlungsbehälters ein Querbogen zur
Erhöhung der Knicksteifigkeit entsteht.
Eine günstige Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens zwei kommunizierende Quellen mit ungedrosselten Zuläufen für
die Zufuhr von Behandlungsflüssigkeit unterhalb des Bandes angeordnet
sind. Die Sogwirkung der Quellen in Kombination mit der mechanischen
Koppelung durch das Band verlagert wechselweise die Ausflußmenge immer
wieder von einer Quelle zur anderen kommunizierenden Quelle und bildet so
ein schwingfähiges System. Die daraus resultierende heftige Schwingung
des Bandes wirkt sich vorteilhaft auf die Reduzierung der bandnahen
Grenzschicht aus. Als günstig für die Schwingbewegung des Bandes erweist
sich eine Anordnung der Quellen quer zur Bandlaufrichtung nebeneinander
mit einem Abstand der geringer ist als die Bandbreite.
Eine günstige Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens zwei kommunizierende Quellen mit ungedrosselten Zuläufen für
die Zufuhr von Behandlungsflüssigkeit unterhalb des Bandes angeordnet
sind und mit der mechanischen Koppelung durch das Band ein
schwingfähiges System bilden. Die kommunizierende Quellen können aber
auch alternativ oberhalb des Bandes angeordnet werden.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Oberflächenbehandeln von
Bändern mit Flüssigkeiten, insbesondere zum Beizen gewalzter
Metallbänder in einem rinnenförmigen, durch Deckel abgeschlossenen
Beizbehälter, mit einer geringen Beizbadhöhe. Sie ist dadurch
gekennzeichnet, daß der Boden des Beizbehälters im Bereich des zu
behandelnden Bandes mit einer oder mehreren Zuströmöffnungen versehen
ist, durch die Behandlungsflüssigkeit an die Unterseite des Bandes geführt
wird.
Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens zwei Zuströmöffnungen im Boden des Beizbehälters
vorhanden sind und hierdurch zwischen den Zuströmöffnungen durch die
Sperrwirkung der Zuströmung eine Tragtasche ausgebildet wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß eine oder mehrere Zuströmöffnungen oberhalb des Bandes vorhanden
sind um das Band zu führen und Ungleichheiten im Beizeffekt zwischen
Bandober- und Unterseite auszugleichen.
Eine günstige Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
die Einströmöffnungen schräg gegen die Bandlaufrichtung gerichtet sind um
der Schleppwirkung durch das laufende Band entgegen zu wirken.
Eine günstige Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
der Boden des Behandlungsbehälters als flache Mulde ausgebildet ist.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens zwei kommunizierende Quellen mit ungedrosselten
Zuläufen für die Zufuhr von Behandlungsflüssigkeit unterhalb des Bandes
angeordnet sind und mit der mechanischen Koppelung durch das Band ein
schwingfähiges System bilden. Die kommunizierende Quellen können aber
auch alternativ obergalb des Bandes angeordnet sein.
Im folgenden wird die Erfindung nun anhand von Zeichnungen beispielhaft
beschrieben, wobei Fig. 1 die Druckverteilung bei großem Abstand des
Bandes zur Quelle, Fig. 2 die Druckverteilung bei geringem Abstand des
Bandes zur Quelle, Fig. 3 eine Beizsektion gemäß der Erfindung, Fig. 4 eine
Draufsicht auf Fig. 3 und Fig. 5 einen Schnitt gemäß Linie V-V in Fig. 3
darstellt.
Fig. 1 stellt die Druckverteilung um eine Stützquelle bei größerem Abstand
des Metallbandes zur Stützquelle dar. Man erkennt das Band 1, das im
Abstand 5 über dem Boden 2 eines Behandlungsbehälters entlanggeführt
wird. Durch einen Stutzen 3 wird Behandlungsflüssigkeit 4 eingedüst. Hohe
Strömungsgeschwindigkeiten unterhalb des Bandes führen zur Ausbildung
von Bereichen niedrigen Druckes. Die resultierende Kraftkomponente aus
dem Eigengewicht des Bandes und der Ansaugwirkung durch die
Quellströmung zieht das Band zum Boden. Fig. 2 zeigt eine analoge Druckverteilung bei geringem Abstand des Bandes
zur Quelle. Auch hier erkennt man das Metallband 1, den Boden 2, die
Zuströmöffnung 3 und den Abstand 5 des Bandes 1 vom Boden 2. Mit
abnehmendem Abstand 5 des Bandes 1 zum Boden 2 erhöht sich der
Strömungswiderstand und damit der Druck unterhalb des Bandes, so daß
sich ab einer bestimmten Spalthöhe ein Trageffekt ausbildet, der den
flächigen Kontakt des Bandes mit dem Boden verhindert. In dieser Figur ist
eine derartige Situation dargestellt. Fig. 3 zeigt eine Behandlungsanlage, speziell Beizsektion, bei der das Band
1 in Richtung 13 durch einen Behälter 12 geführt wird, in dem sich eine
Beizbad 6 befindet. Der Behälter weist weiters eine Abdeckung 7 auf. Das
Band 1 wird bei einem Eintrittskasten 8 in den Behälter 12 eingeführt. Das
Beizbad 6 läuft hier über einen Überlauf in einen Behälter 10. Am Austritt
wird des Band 1 durch einen Austrittskasten 9 geführt. Auch hier läuft das
Beizbad 6 über einen Überlauf in den Behälter 10. Von dort wird es mittels
einer Pumpe 11 gegebenenfalls über einen Wärmetauscher 14 durch die
Zuführöffnungen 3 wieder in das Beizbad 6 eingedüst. Falls erforderlich kann
das Beizbad auch im Behälter 10 entsprechend aufbereitet werden, d.h. z.B.
durch Zugabe von frischer Beizsäure wieder aktiviert werden. Fig. 4 zeigt die Anlage gemäß Fig. 3 in der Draufsicht. Es sind hier das Band
1 sowie die Zuführöffnungen 3 gut erkennbar. Fig. 5 stellt einen Schnitt gemäß Linie V-V in Fig. 3 dar. Hier ist neben der
Anordnung der Zuströmöffnung auch gut der muldenförmige Boden 2
erkennbar, der zu einer weiteren Stabilisierung des Bandes 1 beiträgt. Fig. 6 zeigt eine Variante der Erfindung, bei der die Zuströmöffnungen gegen
die Bandlaufrichtung gerichtet sind. Im übrigen entspricht Fig. 6 Fig. 3.