EP2824216B1 - Verfahren zur Herstellung eines durch Schmelztauchbeschichten mit einer metallischen Schutzschicht versehenen Stahlflachprodukts und Durchlaufofen für eine Schmelztauchbeschichtungsanlage - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines durch Schmelztauchbeschichten mit einer metallischen Schutzschicht versehenen Stahlflachprodukts und Durchlaufofen für eine Schmelztauchbeschichtungsanlage Download PDF

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EP2824216B1
EP2824216B1 EP14162799.2A EP14162799A EP2824216B1 EP 2824216 B1 EP2824216 B1 EP 2824216B1 EP 14162799 A EP14162799 A EP 14162799A EP 2824216 B1 EP2824216 B1 EP 2824216B1
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steel product
burners
flameless
oxygen
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Friedhelm Macherey
Manuela Ruthenberg
Andreas WESTERFELD
Oliver Brehm
Werner Högner
Marc Blumenau
Martin Norden
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
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    • C21D8/04—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips to produce plates or strips for deep-drawing
    • C21D8/0478—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips to produce plates or strips for deep-drawing involving a particular surface treatment

Definitions

  • the invention relates to a process for producing a flat steel product provided by hot dip coating with a metallic protective layer, in particular a high-strength steel flat product having a tensile strength of at least 500 MPa or a high-strength steel flat product having a tensile strength of at least 1000 MPa.
  • the invention further relates to a DFF-type continuous furnace for a hot-dip coating apparatus having a pre-oxidation section in which a flat steel product to be coated is exposed to an oxidizing atmosphere to form a covering FeO layer on the surface of the flat steel product, with burners arranged in the pre-oxidation section are operated with excess oxygen, and wherein at least one of the burner is associated with the top of the flat steel product and at least one of the other burner of the underside of the flat steel product.
  • High-strength and high-strength flat steel products are in demand due to their advantageous combination of strength and formability in increasing quantities. This applies in particular to sheet metal applications in automotive body construction.
  • the outstanding mechanical properties of such flat steel products are based on a multiphase microstructure of the material, possibly supported by induced plasticity of austenitic phase components (TRIP, TWIP or SIP effect).
  • TRIP austenitic phase components
  • the flat steel products in question usually have appreciable contents of certain alloying elements, typically manganese (Mn), aluminum (Al), silicon (Si). or chromium (Cr) count.
  • Mn manganese
  • Al aluminum
  • Si silicon
  • Cr chromium
  • Various methods of applying a metallic protective layer are known. These include electrolytic deposition and hot dip coating. In addition to an electrolytically produced processing, the hot dipping refinement has established itself as an economically and ecologically particularly favorable process. In hot-dip coating, the flat steel product to be coated is immersed in a molten metal bath.
  • Hot dip refinement proves to be particularly cost-effective if a flat-rolled steel semi-finished product delivered in the hard-rolled state is subjected to the process steps of purification, recrystallization annealing, hot dip coating, cooling, optional thermal, mechanical or chemical aftertreatment and coiling.
  • the annealing treatment can be used to activate the steel surface.
  • an N 2 -H 2 -Glühgasatmosphotre typically with unavoidable traces of H 2 O and O 2 is usually maintained in the continuous flow in the annealing furnace.
  • the presence of oxygen in the annealing atmosphere has the disadvantage that the oxygen-affine alloying elements (for example Mn, Al, Si, Cr,...) Contained in the particular steel flat product to be treated form selectively passive, non-wettable oxides on the steel surface, thereby improving the coating quality or adhesion on the steel substrate can be sustainably worsened. Therefore, various attempts have been made to carry out the annealing of high and high strength steels of the type in question so that the selective oxidation of the steel surface is largely suppressed.
  • the oxygen-affine alloying elements for example Mn, Al, Si, Cr,
  • a first method of this kind is from the DE 10 2006 039 307 B3 known.
  • the hot-dip coated steel flat product is bright annealed under particularly reductive atmosphere conditions (low H 2 O / H 2 ratio of the annealing atmosphere and high annealing temperature).
  • Another possibility of preparation of a hot-rolled flat steel product in the course of an annealing treatment is that preoxidations are carried out in a continuous annealing zone used for the annealing within a DFF type ("Direct Fired Furnace") preheating zone.
  • a DFF furnace flames emitted by gas burners act directly on the flat steel product to be treated.
  • the oxidation potential of the atmosphere surrounding the steel flat product is adjusted in such a way that a covering FeO layer forms on the surfaces of the flat steel product.
  • This FeO layer inhibits the selective oxidation of the oxygen-affine alloying elements of the flat steel product.
  • the FeO layer is completely reduced back to metallic iron back.
  • a method approach of this kind has long been from the DE 25 22 485 A1 known.
  • the advantage of preheating the flat steel product in a preheating furnace designed in DFF design consists in addition to the above-mentioned effects that can be achieved particularly high heating rates of the steel strip, which significantly reduces the duration of the annealing cycle and thus coupled with the output of a corresponding continuous furnace Can significantly increase hot dip coating plant.
  • the object of the invention was to provide a continuous furnace or a method of the type mentioned above, in a large-scale hot dip coating plant as uniform as possible pre-oxidation of steel strip, the significant alloying parts of oxygen-affine alloying elements (Mn , Al, Si, Cr, ...), can achieve over the bandwidth. As a result, an improvement of the wetting image and the coating adhesion over the entire width of the steel strip to be achieved.
  • the inventive method is characterized in that as a burner in the pre-oxidation of the preheating furnace flameless burner be used, by means of which fuel, preferably fuel gas, and oxygen-containing gas are introduced separately from each other at a flow rate of at least 60 m / s in the preheating furnace, wherein in addition to at least one of the top of the flat steel product associated flameless burner and at least one of the underside of the flat steel product associated flameless burner per at least one gas line for supplying at least one additional gas stream is provided, by means of which the fuel and the oxygen-containing gas are additionally mixed, and wherein the additional gas stream is directed obliquely to the plane of the flat steel product introduced into the preheating furnace.
  • a uniformly thick oxide layer is reliably produced on the steel strip by the method according to the invention, advantageously, relatively thin pre-oxidation layers of less than 1 ⁇ m, preferably less than 0.3 ⁇ m, in particular less than 0.2 ⁇ m, can be realized.
  • the quality of subsequent hot dip coating in the subsequent process can be significantly improved because of the intermediate reduction step, a clean, free of unwanted alloy oxides band surface is achieved, which has a very good wettability and thus avoids coating defects in the form of uncoated sites or at least significantly reduced.
  • An advantageous embodiment of the method according to the invention is characterized in that the flameless burners are operated with an oxygen excess of at least 1.1, preferably at least 1.2, more preferably at least 1.3.
  • the oxide layer with uniform layer thickness is very reliable, with the nitrogen oxide emissions decrease from a lambda value of about 1.05 with increasing oxygen excess.
  • a further advantageous embodiment of the method according to the invention is characterized in that at least two, preferably at least three flameless burners the top of the flat steel product and at least two, preferably at least three flameless burners are assigned to the bottom of the flat steel product, wherein the top of the flat steel product associated flameless burner in Passing direction of the flat steel product offset to be arranged on the underside of the flat steel product associated flameless burners.
  • This embodiment favors the setting of a homogeneous as possible oxidizing furnace atmosphere, in particular homogeneous temperature distribution.
  • This embodiment also favors the setting of a most homogeneous oxidizing furnace atmosphere.
  • a further advantageous embodiment of the method according to the invention is that the oxygen-containing gas is introduced preheated in the preheating furnace.
  • the oxygen-containing gas typically air
  • the oxygen-containing gas is preheated for this purpose, for example, by means of at least one heat exchanger, which is coupled to the annealing furnace, the cooling device following the annealing furnace and / or the molten bath vessel.
  • a further advantageous embodiment of the method according to the invention provides that the oxygen-containing gas and / or the fuel inert gas, for example, exhaust gas is added.
  • the dimensions of the combustion cloud and in particular the combustion temperature can be influenced in a targeted manner.
  • inert gas and / or exhaust gas preferably preheated inert gas and / or heated exhaust gas for the additional gas flow is used, by means of which the fuel and the oxygen-containing gas are additionally mixed.
  • a further advantageous embodiment of the method according to the invention is characterized in that the dew point of the annealing atmosphere over the entire path of the steel flat product through the annealing furnace between -40 ° C and + 25 ° C is maintained by losses or irregularities by supplying moisture by means of at least one moistening device the distribution of the humidity of the atmosphere can be compensated.
  • the dew point is on the one hand -40 ° C or more to minimize the driving force of the external oxidation of the alloying elements (eg Mn, Al, Si, Cr).
  • the dew point of a maximum of + 25 ° C a unwanted oxidation of iron avoided.
  • the continuous furnace according to the invention is characterized in that at least some of the burners in the pre-oxidation section are designed as flameless burners, by means of which fuel, preferably fuel gas, and oxygen-containing gas can be introduced separately into the preheating furnace at a flow rate of at least 60 m / s at least one flameless burner associated with the upper side of the flat steel product and at least one gas line for supplying at least one additional gas stream are provided adjacent to at least one underside of the flat steel product, the end of the respective gas line being oriented in such a way that the additional emerging therefrom Gas flow crosses or tangent to the emerging from the flameless burner fuel flow and / or oxygen-containing gas stream.
  • the continuous furnace according to the invention offers the advantages already mentioned above in connection with the method according to the invention.
  • hot dip coating plant A has in the conveying direction F of present as steel strip to be coated flat steel product S in direct connection consecutively one for preheating the Stahlflach exercisings S provided DFI booster 1, connected to its input 2 to the DFI booster preheating furnace 3, in which a pre-oxidation section 4 is formed, an annealing furnace 6, which is connected to a transition region 7 to the output 8 of the preheating furnace 3, connected to the output 9 of the annealing furnace 6 cooling zone 10, connected to the cooling zone 10 proboscis 11, to the output 12 of the cooling zone 10 is connected and immersed with its free end in a melt bath 13, a arranged in the melt bath 13 first deflecting means 14, a means 15 for adjusting the thickness of the on the Flat steel product S in the molten bath 13 applied metallic coating and a second deflecting 16 on.
  • the preheating furnace 3 is of the DFF type (Direct Fired Furnace). In it, distributed over the conveyor line of the flat steel product S or at least in the pre-oxidation section 4 a plurality of flameless burners 17 are arranged. In these burners, the fuel (B), preferably fuel gas, and oxygen-containing gas (L), typically air is introduced unmixed or largely unmixed at high flow rate in the preheating furnace 3 (see. Fig. 3 ).
  • the inflow rate of the fuel B and the oxygen-containing gas L is at least 60 m / s, preferably at least 120 m / s.
  • the essential difference to conventional burners in flame operation is the intensive internal recirculation of the exhaust gases AG in the furnace chamber and their mixing with the combustion air or the oxygen-containing gas L (see. Fig. 3 ).
  • the fuel B oxidizes in the entire furnace chamber volume.
  • a very homogeneous temperature distribution arises over the entire width of the flat steel product S.
  • the flameless burners 17 are operated in a superstoichiometric range, i. with a lambda value greater than 1, creating an oxidizing furnace atmosphere.
  • a lambda value of at least 1.05, particularly preferably at least 1.1, in particular at least 1.2 or at least 1.3 is set.
  • FIG Fig. 2 The structure of a flameless burner 17 for use in a continuous furnace (preheating furnace) 3 of the DFF type for a hot-dip coating machine is shown in FIG Fig. 2 shown.
  • the burner 17 has a pipe section 17.1 with an elongated gas nozzle 17.2.
  • the pipe section 17.1 is provided with a connecting flange 17.3 and connected via a fuel gas line, not shown, to a fuel gas supply, also not shown.
  • the burner 17 has a hollow chamber 17.4 for supplying oxygen-containing gas, preferably air, which surrounds a longitudinal section of the pipe section 17.1 with the fuel gas nozzle 17.2.
  • the hollow chamber 17.4 is provided with a connecting flange 17.5 and connected via a supply line, not shown, to a likewise not shown oxygen or air supply.
  • the gas nozzle 17.2 opens with a central opening 17.6 and a coaxial annular opening (ring nozzle) 17.7 in the preheating furnace 3. Further, in the furnace chamber facing end face of the burner 17, an annular nozzle or more arranged on a common pitch circle, preferably evenly spaced from each other Nozzles 17.8 provided for the supply of oxygen or air.
  • the oxygen or air nozzles 17.8 are designed so that the oxygen or air jets emerging therefrom cross the fuel gas stream leaving the gas nozzle.
  • the burner 17 On its front side, the burner 17 is also provided with a nozzle stone 17.9.
  • the nozzle block 17.9 has a channel 17.10, into which the nozzles 17.2, 17.6, 17.7, 17.8 open.
  • the nozzle block 17.9 is provided with a pilot burner 17.11, which is received in a smaller, branched off from the channel 17.10 transverse channel 17.12. 17.
  • the nozzle block 17.9 has a plurality of jet pipes (so-called jet pipes) 17.13 for the supply of oxygen-containing gas, which are connected to the hollow chamber 17.4 and whose longitudinal axes extend substantially parallel to the fuel inflow direction defined by the fuel gas nozzle 17.2.
  • each of the flameless burners 17 has three or more of these jet pipes 17, 13 equally spaced on a channel 17.10 surrounding pitch are arranged.
  • the nozzle block 17.9 is inserted in a form-fitting manner in a burner block 3.1 having a passage opening.
  • the burner block 3.1 is provided with a gas line 5 for supplying an additional gas flow ZG.
  • the end opening into the preheating furnace 3 (jet pipe) of the gas line 5 is oriented such that the additional gas flow ZG the fuel stream B emerging from the flameless burner 17 and oxygen-containing gas stream L crosses or tangent.
  • the burner air L required for the combustion or the oxygen supplied for the combustion is preferably preheated.
  • the respective flameless burner 17 may be preceded by a device (not shown here) for heating the oxygen-containing gas or the burner air L.
  • the fuel gas supply line can also be provided with a device (not shown here) for heating the fuel gas B.
  • the additional jet pipe 5 or the gas line connected thereto for supplying the at least one additional gas stream ZG can be preceded by a device (not shown here) for heating the additional gas stream.
  • an inert gas or exhaust pipe is connected to the connected to the respective connecting flange 17.3 or 17.5 supply line (feed), which is provided with a metering valve (control valve).
  • the flameless burners 17 are preferably integrated in at least one of the side walls 3.2, 3.3 of the preheating furnace 3, wherein at least two, preferably at least three flameless burners 17 the top of the flat steel product S and at least two, preferably at least three flameless burners 17 associated with the bottom of the flat steel product S. are.
  • the flameless burners 17 are preferably arranged offset from one another (cf. Fig. 1 ).
  • the flameless burners assigned to the upper side of the flat steel product S can be arranged offset in the direction of passage of the flat steel product S to the flameless burners associated with the underside of the flat steel product S.
  • jet pipes (jet pipes) 17.13 which are arranged with respect to the Brenngaseinströmstrahl and the channel 17.10 at a distance, and is injected via the additionally oxygen-containing gas L, preferably oxygen or air in the fuel gas stream B, already a homogenization the fuel gas distribution causes.
  • oxygen-containing gas L preferably oxygen or air in the fuel gas stream B
  • gas line 5 is preferably introduced inert gas and / or exhaust gas in the pre-oxidation.
  • This additional gas flow ZG crosses or touches the fuel flow.
  • FIGS. 3 and 4 shown schematically.
  • Fig. 4 is the above the flat steel product S arranged flameless burner 17, which is arranged in the side wall 3.2 of the preheating furnace 3, combined with a jet pipe 5.
  • This jet tube 5 is above or (not shown here) preferably laterally adjacent to the flameless one Burner 17 is arranged and in each case aligned so that the emerging therefrom additional gas flow ZG crossed by the flameless burner 17 introduced fuel flow B or tangent. Furthermore, the flameless burner 17 arranged below the flat steel product S, which is arranged in the side wall 3.3 of the preheating furnace, is also combined with a jet pipe 5. This jet pipe 5 is arranged below or (not shown here) preferably laterally next to the flameless burner 17 and in each case aligned so that the additional gas flow ZG emerging therefrom crosses or touches the fuel flow B introduced by means of the flameless burner 17. This combination of flameless burner 17 and jet pipe 5 delimits the transition to the flameless zone in the preheating furnace.
  • a device not shown in detail for the targeted feeding of oxygen or air is provided in the transition region 7.
  • the purpose of this feed is the setting of hydrogen, which possibly passes in the transition region 7 as a result of flowing in the annealing furnace 6 from the outlet 9 in the direction of its inlet gas flow G.
  • a suction device 24 is arranged in the region of the entrance of the annealing furnace 6, which sucks the reaching to the entrance of the annealing gas flow G.
  • two moistening devices 25, 26 Adjacent to the outlet 9 of the annealing furnace 6, two moistening devices 25, 26 are arranged, one of which is assigned to one of the upper side and the other of the underside of the flat steel product S to be coated.
  • the moistening devices 25, 26 are designed as slotted or perforated tubes oriented transversely to the conveying direction F of the flat steel product S and connected to a supply line 27, via which the moistening devices 25, 26 with steam or a moistened carrier gas, such as N 2 or N 2 /. H 2 , to be supplied.
  • the cooling zone 10 may be designed so that the cooled to the respective bath inlet temperature flat steel product S before its entry into the trunk 11 yet in the cooling zone 10 undergoes an overaging treatment at the bath inlet temperature.
  • the flat steel product S is deflected at the first deflection device 14 in the vertical direction and passes through the device 15 for adjusting the thickness of the metallic protective layer. Subsequently, the steel flat product S provided with the metallic protective layer is deflected again in the horizontal conveying direction F at the second deflection device 16 and, if appropriate, subjected to further treatment steps in plant parts not shown here.
  • a hot-dip coated flat steel product according to the invention is excellently suited for further processing by means of one-stage, two-stage or multi-stage cold or hot forming into a high-strength / high-strength sheet metal component.
  • a sheet metal component continues to be distinguished by its particular resistance to environmental influences.
  • the use of a hot-dip coated steel flat product according to the invention thus not only raises lightweight potential, but also prolongs the product life.
  • the method according to the invention achieves a very homogeneous pre-oxidation of a steel strip to be provided with a metallic protective layer by hot-dip coating, over the entire bandwidth in a large-scale DFF preheating furnace. This results in an improvement of the wetting pattern and the coating adhesion over the entire width of the flat steel product. Coating defects at the strip edges can thus be avoided even with relatively wide insert strips.
  • Another advantage lies in the optimized combustion, which differs significantly characterized by reduced pollutant emissions and reduced fuel consumption.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines durch Schmelztauchbeschichten mit einer metallischen Schutzschicht versehenen Stahlflachprodukts, insbesondere eines hochfesten Stahlflachprodukts mit einer Zugfestigkeit von mindestens 500 MPa oder eines höchstfesten Stahlflachprodukts mit einer Zugfestigkeit von mindestens 1000 MPa. Ferner betrifft die Erfindung einen Durchlaufofen vom DFF-Typ für eine Schmelztauchbeschichtungsanlage, mit einem Voroxidationsabschnitt, in welchem ein zu beschichtendes Stahlflachprodukt einer oxidierenden Atmosphäre ausgesetzt wird, um auf der Oberfläche des Stahlflachprodukts eine deckende FeO-Schicht zu bilden, wobei in dem Voroxidationsabschnitt Brenner angeordnet sind, die mit Sauerstoffüberschuss betrieben werden, und wobei mindestens einer der Brenner der Oberseite des Stahlflachproduktes und mindestens ein anderer der Brenner der Unterseite des Stahlflachproduktes zugeordnet ist. Wenn im Folgenden von Stahlflachprodukten die Rede ist, dann sind damit jegliche kalt- oder warmgewalzte Stahlbänder gemeint.
  • Hochfeste sowie höchstfeste Stahlflachprodukte werden aufgrund ihrer vorteilhaften Kombination aus Festigkeit und Umformbarkeit in zunehmender Menge nachgefragt. Dies gilt insbesondere für Blechanwendungen im automobilen Karosseriebau. Dabei beruhen die herausragenden mechanischen Eigenschaften solcher Stahlflachprodukte auf einer mehrphasigen Mikrostruktur des Werkstoffs, ggf. unterstützt durch induzierte Plastizität austenitischer Phasenanteile (TRIP-, TWIP- oder SIP-Effekt). Um eine solch komplexe Mikrostruktur zu erhalten, weisen die hier in Rede stehenden Stahlflachprodukte üblicherweise nennenswerte Gehalte an bestimmten Legierungselementen auf, zu denen typischerweise Mangan (Mn), Aluminium (Al), Silizium (Si) oder Chrom (Cr) zählen. Eine Oberflächenveredelung in Form einer metallischen Schutzschicht erhöht dabei nicht nur die Beständigkeit der Stahlflachprodukte gegen Korrosion und damit einhergehend deren Produktlebensdauer, sondern verbessert auch ihre optische Anmutung.
  • Es sind verschiedene Verfahren zum Auftragen einer metallischen Schutzschicht bekannt. Hierzu zählen die elektrolytische Abscheidung und die Schmelztauchbeschichtung. Neben einer elektrolytisch erzeugten Veredelung hat sich die Schmelztauchveredelung als ökonomisch und ökologisch besonders günstiges Verfahren etabliert. Beim Schmelztauchbeschichten wird das zu beschichtende Stahlflachprodukt in ein metallisches Schmelzbad eingetaucht.
  • Als besonders kosteneffektiv erweist sich die Schmelztauchveredelung dann, wenn ein im walzharten Zustand angeliefertes Stahlflachprodukt-Vormaterial in einem kontinuierlichen Durchlauf den Verfahrensschritten Reinigung, Rekristallisationsglühen, Schmelztauchbeschichten, Abkühlen, optionales thermisches, mechanisches oder chemisches Nachbehandeln und Aufhaspeln zu einem Coil unterzogen wird.
  • Die dabei durchgeführte Glühbehandlung kann zur Aktivierung der Stahloberfläche genutzt werden. Dazu wird üblicherweise in dem im kontinuierlichen Durchlauf durchlaufenen Glühofen eine N2-H2-Glühgasatmosphäre mit typischerweise unvermeidbaren Spuren an H2O und O2 aufrechterhalten.
  • Die Anwesenheit von Sauerstoff in der Glühatmosphäre hat den Nachteil, dass die im jeweils zu behandelnden Stahlflachprodukt enthaltenen sauerstoffaffinen Legierungselemente (z.B. Mn, Al, Si, Cr, ...) selektiv passive, nicht-benetzbare Oxide auf der Stahloberfläche bilden, wodurch die Überzugsqualität oder -haftung auf dem Stahlsubstrat nachhaltig verschlechtert werden kann. Es sind daher verschiedene Versuche unternommen worden, die Glühbehandlung von hoch- und höchstfesten Stählen der hier in Rede stehenden Art so durchzuführen, dass die selektive Oxidation der Stahloberfläche weitestgehend unterdrückt wird.
  • Ein erstes Verfahren dieser Art ist aus der DE 10 2006 039 307 B3 bekannt. Bei diesem Verfahren zur Schmelztauchveredelung von Stählen mit 6 - 30 Gew.-% Mn wird das schmelztauchzubeschichtende Stahlflachprodukt unter besonders reduktiven Atmosphärebedingungen (niedriges H20/H2-Verhältnis der Glühatmosphäre und hohe Glühtemperatur) blankgeglüht.
  • In der EP 1 936 000 A1 und der JP 2004 315 960 A sind jeweils Verfahrenskonzepte beschrieben, bei denen die Atmosphärenbedingungen im Durchlaufofen innerhalb bestimmter Grenzen und in Abhängigkeit von der Temperatur des jeweils verarbeiteten Stahlflachprodukts eingestellt werden. Auf diese Weise soll jeweils die interne Oxidation der sauerstoffaffinen Legierungselemente gefördert werden, ohne dass dabei FeO auf der Oberfläche des Stahlflachprodukts gebildet wird. Voraussetzung dafür ist allerdings ein genau abgestimmtes Zusammenspiel der verschiedenen Einflussfaktoren auf die Glühgas-Metall-Reaktion, wie Glühgaszusammensetzung, Glühgasfeuchte oder Glühtemperatur. Diese liegen in der Regel anlagenbedingt inhomogen über den kompletten Ofenraum verteilt vor. Diese Inhomogenität macht es schwierig, diese Prozesse im großtechnischen Maßstab effektiv zu nutzen.
  • Eine andere Möglichkeit der im Zuge einer Glühbehandlung durchgeführten Vorbereitung eines Stahlflachprodukts für das Schmelztauchbeschichten besteht darin, dass in einem für das Glühen eingesetzten Durchlaufglühofens innerhalb einer Vorwärmzone nach DFF-Bauart ("DFF" = Direct Fired Furnace) Voroxidationen durchgeführt werden. Bei einem DFF-Ofen wirken von Gasbrennern ausgebrachte Flammen direkt auf das zu behandelnde Stahlflachprodukt ein. Indem die Brenner mit O2-Überschuss (Vertrimmung zu einer Luftzahl λ > 1) betrieben werden, wird das Oxidationspotenzial der das Stahlflachprodukt umgebenden Atmosphäre so eingestellt, dass sich auf den Oberflächen des Stahlflachprodukts gezielt eine deckende FeO-Schicht bildet. Diese FeO-Schicht unterbindet die selektive Oxidation der sauerstoffaffinen Legierungselemente des Stahlflachprodukts. In einem anschließend in einer Haltezone durchgeführten zweiten Glühschritt wird die FeO-Schicht wieder vollständig zu metallischem Eisen zurück reduziert.
  • Ein Verfahrensansatz dieser Art ist seit langem aus der DE 25 22 485 A1 bekannt. Der Vorteil der Vorerwärmung des Stahlflachprodukts in einem in DFF-Bauweise ausgeführten Vorwärmofen besteht dabei neben den voranstehend erläuterten Effekten darin, dass sich besonders hohe Aufheizraten des Stahlbands erzielen lassen, was die Dauer des Glühzyklus merklich verkürzt und somit die Ausbringung der mit einem entsprechenden Durchlaufofen verkoppelten Schmelztauchbeschichtungsanlage deutlich erhöhen kann.
  • Durch die in der Regel an den Längsseiten des Vorwärmofens angeordneten Brenner wird jedoch hinsichtlich des Sauerstoffgehaltes und der Temperaturverteilung keine gleichmäßige Ofenatmosphäre erreicht. In der Praxis hat sich gezeigt, dass der Sauerstoffgehalt über die Ofen- bzw. Bandbreite abnimmt. Des Weiteren wurde eine ungleichmäßige Temperaturverteilung über die Bandbreite festgestellt, wodurch es zu einer unterschiedlich starken Oxidationsneigung und auch zur Überhitzung der Bandränder kommen kann. Zur Vergleichmäßigung der Temperatur- und Sauerstoffverteilung ist im Stand der Technik unter anderem eine Vertrimmung der DFF-Brennerflammen bekannt (siehe DE 10 2011 051 731 A1 ). Die Einstellung einer als optimal angesehenen FeO-Schichtdicke von 20 - 200 nm in einer homogenen, gleichmäßigen Verteilung über die Bandbreite ist jedoch alleine über eine Vertrimmung der DFF-Brennerflammen nur schwer kontrollierbar. Sowohl eine zu geringe als auch eine zu dicke FeO-Schicht können zu Benetzungs- und Haftungsstörungen führen.
  • Des Weiteren ist aus der EP 1 829 983 A1 bekannt, zur Vergleichmäßigung der Temperatur- und Sauerstoffverteilung Linienbrenner einzusetzen, wobei eine Brennerflamme direkt auf die Bandoberfläche gerichtet wird. Hierdurch kann sich jedoch die Oberflächenqualität aufgrund der Bildung von Mikrokerben verschlechtern. In diesen Mikrokerben können sich zum Beispiel organische Restbeläge ansammeln und zu unbenetzten Stellen in einer perlenschnurartigen Anordnung führen.
  • Eine sehr gleichmäßige Voroxidation aufgrund des direkten Bandkontakts zu einer Hüllflamme erlaubt ein so genannter "DFI-Booster" ("DFI" - Direct Flame Impingement), wie er in der DE 10 2006 005 063 A1 beschrieben ist. Allerdings ist der Einsatz eines solchen DFI-Boosters nur unter bestimmten baulichen Voraussetzungen möglich, wie sie bei vielen bestehenden Schmelztauchbeschichtungsanlagen nicht gegeben sind.
  • Aus der EP 2 010 690 B1 und der DE 10 2004 059 566 B3 sind des Weiteren Verfahren bekannt, bei denen eine FeO-Schicht auf der Oberfläche des jeweils verarbeiteten Stahlflachprodukts durch Einspeisung von 0,01 - 1 Vol.-% O2 über eine Dauer von 1 - 10 Sekunden in eine geschlossene Reaktionskammer erzeugt wird. Die Installation einer solchen Reaktionskammer ist allerdings nur in einem indirekt beheizten RTF-Ofen möglich, bei dem die Beheizung des Stahlflachprodukts über Wärmestrahlung erfolgt ("RTF": Radiant Tube Furnace).
  • Vor dem Hintergrund des voranstehend erläuterten Standes der Technik bestand die Aufgabe der Erfindung darin, einen Durchlaufofen bzw. ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem sich in einer großtechnischen Schmelztauchbeschichtungsanlage eine möglichst gleichmäßige Voroxidation von Stahlband, das nennenswerte Legierungsanteile an sauerstoffaffinen Legierungselementen (Mn, Al, Si, Cr,...) aufweist, über die Bandbreite erzielen lässt. Dadurch soll eine Verbesserung des Benetzungsbildes und der Überzugshaftung über die komplette Breite des Stahlbandes erreicht werden.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch einen Durchlaufofen mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie des erfindungsgemäßen Durchlaufofens sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines durch Schmelztauchbeschichten mit einer metallischen Schutzschicht versehenen Stahlflachprodukts umfasst demnach mindestens folgende Arbeitsschritte:
    1. a) Bereitstellen eines kalt- oder warmgewalzten Stahlflachprodukts, das neben Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%) bis zu 35,0 % Mn, bis zu 10,0 % Al, bis zu 10,0 % Si, bis zu 5,0 % Cr, bis zu 2,0 % Ni, jeweils bis zu 0,5 % an Ti, V, Nb, Mo, jeweils bis zu 0,1 % S, P und N, bis zu 1,0 % C sowie optional 0,0005 - 0,01 % B enthält;
    2. b) Aufheizen des Stahlflachprodukts, vorzugsweise auf eine Temperatur im Bereich von 600 - 1000°C innerhalb einer Aufheizzeit von 5 - 60 Sekunden, in einem Vorwärmofen des DFF-Typs, in welchem ein Voroxidationsabschnitt ausgebildet ist und in welchem das Stahlflachprodukt einer oxidierenden Atmosphäre ausgesetzt wird, um auf der Oberfläche des Stahlflachprodukts eine deckende FeO-Schicht zu bilden, wobei in dem Voroxidationsabschnitt Brenner angeordnet sind, die mit Sauerstoffüberschuss betrieben werden, und wobei mindestens einer der Brenner der Oberseite des Stahlflachproduktes und mindestens ein anderer der Brenner der Unterseite des Stahlflachproduktes zugeordnet ist;
    3. c) rekristallisierendes Glühen des Stahlflachprodukts in einem Glühofen, der im Anschluss an den Vorwärmofen durchlaufen wird, um eine Rekristallisierung des Stahlflachprodukts zu bewirken, wobei in dem Glühofen eine gegenüber FeO reduzierend wirkende Glühatmosphäre herrscht;
    4. d) Abkühlen des Stahlflachprodukts auf eine Badeintrittstemperatur im Bereich von 430 bis 800°C in einer Schutzgasatmosphäre;
    5. e) Einleiten des Stahlflachprodukts in ein Schmelzenbad, dessen Temperatur im Bereich von 420 bis 780°C liegt; und
    6. f) Durchleiten des Stahlflachprodukts durch das Schmelzenbad und Einstellen der Dicke der auf dem aus dem Schmelzenbad austretenden Stahlflachprodukt vorhandenen metallischen Schutzschicht.
  • Zudem ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass als Brenner in dem Voroxidationsabschnitt des Vorwärmofens flammenlose Brenner verwendet werden, mittels denen Brennstoff, vorzugsweise Brenngas, und sauerstoffhaltiges Gas getrennt voneinander mit einer Strömungsgeschwindigkeit von mindestens 60 m/s in den Vorwärmofen eingebracht werden, wobei neben mindestens einem der der Oberseite des Stahlflachprodukts zugeordneten flammenlosen Brenner und neben mindestens einem der Unterseite des Stahlflachprodukts zugeordneten flammenlosen Brenner je mindestens eine Gasleitung zur Zufuhr mindestens eines zusätzlichen Gasstroms vorgesehen ist, mittels dem der Brennstoff und das sauerstoffhaltige Gas ergänzend vermischt werden, und wobei der zusätzliche Gasstrom schräg auf die Ebene des Stahlflachprodukts gerichtet in den Vorwärmofen eingebracht wird.
  • Durch die erfindungsgemäße Verwendung von flammenlosen Brennern in Kombination mit je mindestens einer Gasleitung zur Zufuhr eines zusätzlichen Gasstroms, mittels dem der Brennstoff und das sauerstoffhaltige Gas ergänzend vermischt werden, wird eine sehr homogene Temperatur- und Sauerstoffverteilung über die gesamte Breite des zu beschichtenden Stahlbandes erzielt. Hierdurch wird auch eine lokale Überhitzung der Feuerfestauskleidung des Vorwärmofens vermieden. In Verbindung mit dem überstöchimetrischem Betrieb des Vorwärmofens wird eine gleichmäßig oxidierende Ofenatmosphäre geschaffen, die auf dem zu beschichtenden, sauerstoffaffine Legierungselemente enthaltenden Stahlband eine gleichmäßig dicke Oxidschicht erzeugt. Da durch das erfindungsgemäße Verfahren in zuverlässiger Weise eine gleichmäßig dicke Oxidschicht auf dem Stahlband erzeugt wird, können tendenziell vorteilhafte, relativ dünne Voroxidationsschichten von kleiner 1 µm, vorzugsweise kleiner 0,3 µm, insbesondere kleiner 0,2 µm realisiert werden.
  • Die Qualität der im weiteren Verfahrensablauf folgenden Schmelztauchbeschichtung kann aufgrund der optimierten Voroxidation erheblich verbessert werden, da hierdurch nach dem zwischengeschalteten Reduktionsschritt eine saubere, von unerwünschten Legierungsoxiden freie Bandoberfläche erreicht wird, welche eine sehr gute Benetzbarkeit aufweist und somit Beschichtungsfehler in Form von unbeschichteten Stellen vermeidet oder zumindest deutlich reduziert.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die flammenlosen Brenner mit einem Sauerstoffüberschuss von mindestens 1,1, vorzugsweise mindestens 1,2, besonders bevorzugt mindestens 1,3 betrieben werden. In Versuchen wurde festgestellt, dass sich in diesem Fall die Oxidschicht mit gleichmäßiger Schichtdicke sehr zuverlässig ausbildet, wobei die Stickstoffoxidemissionen ab einem Lambda-Wert von ca. 1,05 mit zunehmendem Sauerstoffüberschuss abnehmen.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei flammenlose Brenner der Oberseite des Stahlflachprodukts und mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei flammenlose Brenner der Unterseite des Stahlflachprodukts zugeordnet werden, wobei die der Oberseite des Stahlflachprodukts zugeordneten flammenlosen Brenner in Durchlaufrichtung des Stahlflachprodukts versetzt zu den der Unterseite des Stahlflachprodukts zugeordneten flammenlosen Brennern angeordnet werden. Diese Ausgestaltung begünstigt die Einstellung einer möglichst homogenen oxidierenden Ofenatmosphäre, insbesondere homogenen Temperaturverteilung.
  • Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei flammenlose Brenner der Oberseite des Stahlflachprodukts und mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei flammenlose Brenner der Unterseite des Stahlflachprodukts zugeordnet, wobei die der Oberseite des Stahlflachprodukts zugeordneten flammenlosen Brenner in einer Seitenwand des Vorwärmofens integriert sind, während die der Unterseite des Stahlflachprodukts zugeordneten flammenlosen Brennern in der gegenüberliegenden Seitenwand des Vorwärmofens integriert sind. Auch diese Ausgestaltung begünstigt die Einstellung einer möglichst homogenen oxidierenden Ofenatmosphäre.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass das sauerstoffhaltige Gas vorgewärmt in den Vorwärmofen eingebracht wird. Hierdurch lässt sich der Brennstoff besser nutzen bzw. der Brennstoffverbrauch reduzieren. Das sauerstoffhaltige Gas, typischerweise Luft, wird hierzu beispielsweise mittels mindestens eines Wärmetauschers vorgewärmt, der mit dem Glühofen, der auf den Glühofen folgenden Abkühleinrichtung und/oder dem Schmelzbadgefäß gekoppelt ist.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass dem sauerstoffhaltigen Gas und/oder dem Brennstoff Inertgas, beispielsweise Abgas zugegeben wird. Hierdurch lassen sich die Abmessungen der Verbrennungswolke und insbesondere die Verbrennungstemperatur gezielt beeinflussen.
  • Zur Erzielung einer optimalen Voroxidation des Stahlflachprodukts (Stahlbandes) bei möglichst niedrigen Emissionswerten, insbesondere niedrigen NOx-Emissionen, ist es ferner günstig, wenn nach einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens Inertgas und/oder Abgas, vorzugsweise vorgewärmtes Inertgas und/oder erwärmtes Abgas für den zusätzlichen Gasstrom verwendet wird, mittels dem der Brennstoff und das sauerstoffhaltige Gas ergänzend vermischt werden.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Taupunkt der Glühatmosphäre über den gesamten Weg des Stahlflachprodukts durch den Glühofen zwischen -40°C und +25°C gehalten wird, indem durch Zufuhr von Feuchtigkeit mittels mindestens einer Befeuchtungseinrichtung Verluste oder Unregelmäßigkeiten der Verteilung der Feuchtigkeit der Atmosphäre ausgeglichen werden. Der Taupunkt beträgt einerseits -40°C oder mehr, um die Triebkraft der externen Oxidation der Legierungselemente (z.B. Mn, Al, Si, Cr) zu minimieren. Andererseits wird durch den Taupunkt von maximal +25°C eine ungewollte Oxidation von Eisen vermieden. Diese Ausgestaltung trägt somit dazu bei, dass die Oberfläche des Stahlflachprodukts bei Eintritt in das Schmelztauschbad weitestgehend frei von störenden Oxiden ist.
  • Der erfindungsgemäße Durchlaufofen ist dementsprechend dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Brenner in dem Voroxidationsabschnitt als flammenlose Brenner ausgeführt sind, mittels denen Brennstoff, vorzugsweise Brenngas, und sauerstoffhaltiges Gas getrennt voneinander mit einer Strömungsgeschwindigkeit von mindestens 60 m/s in den Vorwärmofen einbringbar sind, wobei neben mindestens einem der der Oberseite des Stahlflachprodukts zugeordneten flammenlosen Brenner und neben mindestens einem der Unterseite des Stahlflachprodukts zugeordneten flammenlosen Brenner je mindestens eine Gasleitung zur Zufuhr mindestens eines zusätzlichen Gasstroms vorgesehen ist, wobei das Ende der jeweiligen Gasleitung derart ausgerichtet ist, dass der dort austretende zusätzliche Gasstrom den aus dem flammenlosen Brenner austretenden Brennstoffstrom und/oder sauerstoffhaltigen Gasstrom kreuzt oder tangiert.
  • Der erfindungsgemäße Durchlaufofen bietet die Vorteile, die bereits oben in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren genannt sind.
  • Bei der Voroxidation in einem DFF-Vorwärmofen von Schmelztauchbeschichtungsanlagen besteht prinzipiell das Problem, dass durch Gasströmungen im Ofen eine ungünstig hohe Ansammlung von Sauerstoff in der dem Voroxidationsbereich vorgeschalteten Ofenzone auftritt, was zu einer negativen Beeinflussung der Beschichtung führen kann. Es hat sich gezeigt, dass sich diese Sauerstoffansammlung bei der Verwendung von flammenlosen Brennern deutlich reduzieren lässt, indem zusätzlich zu den Stoffströmen des flammenlosen Brenners ein weiterer Gasstrom über mindestens ein sogenanntes Jet-Rohr eingespeist wird. Dies gilt insbesondere in Bezug auf den ersten überstöchiometrisch betriebenen flammenlosen Brenner in der Voroxidationszone. Das Jet-Rohr ist hierbei in Bezug auf die Brennerdüse(n) so ausgerichtet, dass der weitere Gasstrom eine schraubengangartige Verwirbelung bewirkt. Hierzu ist das Jet-Rohr schräg zur Ausströmachse der Brennerdüse und auch geneigt gegenüber der Ebene des Stahlflachprodukts ausgerichtet.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
    • Fig. 1
    eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Schmelztauchbeschichtungsanlage;
    Fig. 2
    einen in der Schmelztauchbeschichtungsanlage gemäß Fig. 1 eingesetzten flammenlosen Brenner in Kombination mit einem Jet-Rohr, in einer Schnittansicht;
    Fig. 3
    eine Prinzipdarstellung der Stoff- bzw. Gasströme an einem flammenlosen Brenner während des flammenlosen Betriebs; und
    Fig. 4
    einen Querschnitt durch einen Durchlaufofen (Vorwärmofen) der Schmelztauchbeschichtungsanlage gemäß Fig. 1 im Bereich der mit Brennern gemäß Fig. 2 ausgerüsteten Vorwärmzone.
  • Die in Fig. 1 dargestellte Schmelztauchbeschichtungsanlage A weist in Förderrichtung F des als Stahlband vorliegenden, zu beschichtenden Stahlflachprodukts S in unmittelbarem Anschluss aufeinander folgend einen optional zum Vorwärmen des Stahlflachprodukts S vorgesehenen DFI-Booster 1, einen mit seinem Eingang 2 an den DFI-Booster angeschlossenen Vorwärmofen 3, in welchem ein Voroxidationsabschnitt 4 ausgebildet ist, einen Glühofen 6, der mit einem Übergangsbereich 7 an den Ausgang 8 des Vorwärmofens 3 angeschlossen ist, eine an den Ausgang 9 des Glühofens 6 angeschlossene Abkühlzone 10, einen an die Abkühlzone 10 angeschlossenen Rüssel 11, der an den Ausgang 12 der Abkühlzone 10 angeschlossen ist und mit seinem freien Ende in ein Schmelzenbad 13 taucht, eine in dem Schmelzenbad 13 angeordnete erste Umlenkeinrichtung 14, eine Einrichtung 15 zum Einstellen der Dicke des auf dem Stahlflachprodukt S im Schmelzenbad 13 aufgetragenen metallischen Überzugs sowie eine zweite Umlenkeinrichtung 16 auf.
  • Der Vorwärmofen 3 ist vom DFF-Typ (Direct Fired Furnace). In ihm sind über die Förderstrecke des Stahlflachprodukts S verteilt oder zumindest in dem Voroxidationsabschnitt 4 mehrere flammenlose Brenner 17 angeordnet. Bei diesen Brennern werden der Brennstoff (B), vorzugsweise Brenngas, und sauerstoffhaltiges Gas (L), typischerweise Luft unvermischt oder weitgehend unvermischt mit hoher Strömungsgeschwindigkeit in den Vorwärmofen 3 eingebracht (vgl. Fig. 3). Die Einströmungsgeschwindigkeit des Brennstoffs B sowie des sauerstoffhaltigen Gases L beträgt mindestens 60 m/s, vorzugsweise mindestens 120 m/s. Der wesentliche Unterschied zu herkömmlichen Brennern im Flammenbetrieb ist die intensive interne Rezirkulation der Abgase AG in der Ofenkammer und deren Vermischung mit der Verbrennungsluft bzw. dem sauerstoffhaltigen Gas L (vgl. Fig. 3). Hierdurch und durch die verzögerte Vermischung von Brennstoff B und Sauerstoff L kann sich keine sichtbare Flammenfront mehr ausbilden. Bei ausreichend hohen Temperaturen von beispielsweise mindestens 700°C, vorzugsweise mindestens 800°C oxidiert der Brennstoff B im gesamten Ofenraumvolumen. Dadurch stellt sich über die gesamte Breite des Stahlflachprodukts S eine sehr homogene Temperaturverteilung ein.
  • Zur Voroxidation des Stahlflachprodukts S werden die flammenlosen Brenner 17 in einem überstöchiometrischen Bereich betrieben, d.h. mit einem Lambda-Wert größer 1, wodurch eine oxidierende Ofenatmosphäre erzeugt wird. Vorzugsweise wird dabei ein Lambda-Wert von mindestens 1,05, besonders bevorzugt von mindestens 1,1, insbesondere mindestens 1,2 oder mindestens 1,3 eingestellt.
  • Die Bildung thermischer Stickstoffoxide, die bei Brennern im Flammenbetrieb vor allem an der Flammengrenze mit ihren hohen Spitzentemperaturen stattfindet, wird bei den flammenlosen Brennern 17 weitgehend vermieden. Mit der gleichmäßigeren Temperaturverteilung sinken nicht nur die NOx-Emissionen, es lässt sich auch eine höhere mittlere Ofenraumtemperatur aufrechterhalten. Insbesondere sinken die NOx-Emissionen mit zunehmendem Lambda-Wert.
  • Der Aufbau eines flammenlosen Brenners 17 zum Einsatz in einem Durchlaufofen (Vorwärmofen) 3 vom DFF-Typ für eine Schmelztauchbeschichtungsanlage ist in Fig. 2 dargestellt. Der Brenner 17 weist ein Rohrstück 17.1 mit einer länglichen Gasdüse 17.2 auf. Das Rohrstück 17.1 ist mit einem Verbindungsflansch 17.3 versehen und über eine nicht dargestellte Brenngasleitung an eine ebenfalls nicht dargestellte Brenngasversorgung angeschlossen. Des Weiteren hat der Brenner 17 eine Hohlkammer 17.4 zur Zufuhr von sauerstoffhaltigem Gas, vorzugsweise Luft, die einen Längsabschnitt des Rohrstücks 17.1 mit der Brenngasdüse 17.2 umgibt. Die Hohlkammer 17.4 ist mit einem Verbindungsflansch 17.5 versehen und über eine nicht dargestellte Versorgungsleitung an eine ebenfalls nicht dargestellte Sauerstoff-oder Luftversorgung angeschlossen. Die Gasdüse 17.2 mündet mit einer mittleren Öffnung 17.6 und einer dazu koaxial angeordneten ringförmigen Öffnung (Ringdüse) 17.7 in den Vorwärmofen 3. Ferner sind in der der Ofenkammer zugewandten Stirnseite des Brenners 17 eine Ringdüse oder mehrere auf einem gemeinsamen Teilkreis angeordnete, vorzugsweise gleichmäßig voneinander beabstandete Düsen 17.8 zur Zufuhr von Sauerstoff oder Luft vorgesehen. Die Sauerstoff- oder Luftdüsen 17.8 sind so ausgebildet, dass die daraus austretenden Sauerstoff- oder Luftstrahlen den aus der Gasdüse austretenden Brenngasstrom kreuzen. An seiner Stirnseite ist der Brenner 17 zudem mit einem Düsenstein 17.9 versehen. Der Düsenstein 17.9 weist einen Kanal 17.10 auf, in den die Düsen 17.2, 17.6, 17.7, 17.8 münden. Daneben ist der Düsenstein 17.9 mit einem Zündbrenner 17.11 versehen, der in einem kleineren, von dem Kanal 17.10 abzweigenden Querkanal 17.12 aufgenommen ist. Des Weiteren weist der Düsenstein 17.9 mehrere Strahlrohrleitungen (sogenannte Jet-Rohre) 17.13 zur Zufuhr von sauerstoffhaltigem Gas auf, die mit der Hohlkammer 17.4 verbunden sind und deren Längsachsen im Wesentlichen parallel zu der von der Brenngasdüse 17.2 definierten Brennstoff-Einströmrichtung verlaufen. Vorzugsweise weist jeder der flammenlosen Brenner 17 drei oder mehr dieser Strahlrohrleitungen 17.13 auf, die gleichmäßig voneinander beabstandet auf einem den Kanal 17.10 umgebenden Teilkreis angeordnet sind. Der Düsenstein 17.9 ist in einen eine Durchgangsöffnung aufweisenden Brennerstein 3.1 formschlüssig eingesetzt. Der Brennerstein 3.1 ist mit einer Gasleitung 5 zur Zufuhr eines zusätzlichen Gasstroms ZG versehen. Das in den Vorwärmofen 3 mündende Ende (Jet-Rohr) der Gasleitung 5 ist derart ausgerichtet, dass der zusätzliche Gasstrom ZG den aus dem flammenlosen Brenner 17 austretenden Brennstoffstrom B und sauerstoffhaltigen Gasstrom L kreuzt oder tangiert.
  • Die für die Verbrennung benötigte Brennerluft L bzw. der für die Verbrennung zugeführte Sauerstoff wird vorzugsweise vorgewärmt. Hierzu kann dem jeweiligen flammenlosen Brenner 17 eine (hier nicht gezeigte) Vorrichtung zur Erwärmung des sauerstoffhaltiges Gases bzw. der Brennerluft L vorgeschaltet sein. Ebenso kann auch die Brenngaszuleitung mit einer (hier nicht gezeigten) Vorrichtung zur Erwärmung des Brenngases B versehen sein. Ergänzend oder alternativ kann auch dem zusätzlichen Jet-Rohr 5 bzw. der daran angeschlossenen Gasleitung zur Zufuhr des mindestens einen zusätzlichen Gasstroms ZG eine (hier nicht gezeigte) Vorrichtung zur Erwärmung des zusätzlichen Gasstroms vorgeschaltet sein. Gegebenenfalls kann zusätzlich separat oder mit dem Brennstoff- und/oder Luft-/Sauerstoffstrom gemischt ein, vorzugsweise erwärmtes, Inertgas und/oder Abgas eingebracht werden. Hierzu ist an der an dem betreffenden Verbindungsflansch 17.3 oder 17.5 angeschlossenen Zufuhrleitung (Einspeisung) eine Inertgas- oder Abgasleitung (nicht gezeigt) angeschlossen, die mit einem Dosierventil (Regelventil) versehen ist.
  • Durch die getrennte Einbringung von Brennstoff B und Luft/Sauerstoff L mit hoher Geschwindigkeit erfolgt eine Mischung der Medien im Vorwärmofen 3 über die gesamte Breite des Stahlflachprodukts S. Zumindest das eingebrachte sauerstoffhaltige Gas und/oder das gegebenenfalls beigemischte Inertgas/Abgas werden auf eine Temperatur vorgewärmt, die nach Mischung der Medien im Voroxidationsofen eine ausreichende Reaktionsenergie (Zündtemperatur) ergibt, bei der die Verbrennung des Brennstoffs B erfolgt. Die Bildung einer sichtbaren Flamme wird auf diese Weise weitgehend vermieden. Es wird vielmehr eine "Verbrennungswolke" W über die gesamte Breite des Stahlbandes S bzw. Ofens 3 erzeugt.
  • Die flammenlosen Brenner 17 sind vorzugsweise in mindestens einer der Seitenwände 3.2, 3.3 des Vorwärmofens 3 integriert, wobei mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei flammenlose Brenner 17 der Oberseite des Stahlflachprodukts S und mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei flammenlose Brenner 17 der Unterseite des Stahlflachprodukts S zugeordnet sind. Zur Vergleichmäßigung der Temperaturverteilung sowie der Sauerstoffverteilung sind die flammenlosen Brenner 17 vorzugsweise versetzt zueinander angeordnet (vgl. Fig. 1). Beispielsweise können die der Oberseite des Stahlflachprodukts S zugeordneten flammenlosen Brenner in Durchlaufrichtung des Stahlflachprodukts S versetzt zu den der Unterseite des Stahlflachprodukts S zugeordneten flammenlosen Brennern angeordnet sein. Insbesondere ist es zur Vergleichmäßigung der Temperatur- sowie Sauerstoffverteilung über die Breite des Stahlbandes S günstig, wenn - wie in Fig. 4 skizziert - die der Oberseite des Stahlflachprodukts S zugeordneten flammenlosen Brenner 17 in einer Seitenwand (3.2) des Vorwärmofens 3 integriert sind, während die der Unterseite des Stahlflachprodukts S zugeordneten flammenlosen Brenner in der gegenüberliegenden Seitenwand (3.3) des Vorwärmofens 3 integriert sind.
  • Durch die Installation der Strahlrohrleitungen (Jet-Rohre) 17.13, die in Bezug auf den Brenngaseinströmstrahl und den Kanal 17.10 mit Abstand angeordnet sind, und über die zusätzlich sauerstoffhaltiges Gas L, vorzugsweise Sauerstoff oder Luft in den Brenngasstrom B eingeblasen wird, wird bereits eine Homogenisierung der Brenngasverteilung bewirkt. Über die in den Vorwärmofen 3 mündende Gasleitung 5 (Jet-Rohr 5) wird in die Voroxidationzone vorzugsweise Inert- und/oder Abgas eingebracht. Dieser zusätzliche Gasstrom ZG kreuzt oder tangiert den Brennstoffstrom. Dies ist in den Figuren 3 und 4 schematisch dargestellt. In Fig. 4 ist der oberhalb des Stahlflachproduktes S angeordnete flammenlose Brenner 17, der in der Seitenwand 3.2 des Vorwärmofens 3 angeordnet ist, mit einem Jet-Rohr 5 kombiniert. Dieses Jet-Rohr 5 ist oberhalb oder (hier nicht gezeigt) vorzugsweise seitlich neben dem flammenlosen Brenner 17 angeordnet und dabei jeweils so ausgerichtet, dass der daraus austretende zusätzliche Gasstrom ZG den mittels des flammenlosen Brenners 17 eingebrachten Brennstoffstrom B kreuzt oder tangiert. Ferner ist auch der unterhalb des Stahlflachproduktes S angeordnete flammenlose Brenner 17, der in der Seitenwand 3.3 des Vorwärmofens angeordnet ist, mit einem Jet-Rohr 5 kombiniert. Dieses Jet-Rohr 5 ist unterhalb oder (hier nicht gezeigt) vorzugsweise seitlich neben dem flammenlosen Brenner 17 angeordnet und dabei jeweils so ausgerichtet, dass der daraus austretende zusätzliche Gasstrom ZG den mittels des flammenlosen Brenners 17 eingebrachten Brennstoffstrom B kreuzt oder tangiert. Durch diese Kombination von flammenlosem Brenner 17 und Jet-Rohr 5 wird der Übergang zur flammenlosen Zone im Vorwärmofen zusätzlich abgegrenzt.
  • Am Übergangsbereich 7 zu dem Glühofen 6 ist eine hier nicht näher gezeigte Einrichtung zum gezielten Einspeisen von Sauerstoff oder Luft in den Übergangsbereich 7 vorgesehen. Zweck dieser Einspeisung ist die Abbindung von Wasserstoff, der möglicherweise in Folge der im Glühofen 6 von dessen Ausgang 9 in Richtung von dessen Eingang strömenden Gasströmung G in den Übergangsbereich 7 gelangt. Gleichzeitig ist im Bereich des Eingangs des Glühofens 6 eine Absaugeinrichtung 24 angeordnet, die die zum Eingang des Glühofens gelangende Gasströmung G absaugt.
  • Benachbart zum Ausgang 9 des Glühofens 6 sind zwei Befeuchtungseinrichtungen 25, 26 angeordnet, von denen die eine der Oberseite und die andere der Unterseite des zu beschichtenden Stahlflachprodukts S zugeordnet ist. Die Befeuchtungseinrichtungen 25, 26 sind als geschlitzte oder gelochte, quer zur Förderrichtung F des Stahlflachprodukts S ausgerichtete Rohre ausgebildet und an eine Versorgungsleitung 27 angeschlossen, über die die Befeuchtungseinrichtungen 25, 26 mit Dampf- oder einem befeuchteten Trägergas, wie N2 oder N2/H2, versorgt werden.
  • Die Abkühlzone 10 kann so ausgelegt sein, dass das auf die jeweilige Badeintrittstemperatur abgekühlte Stahlflachprodukt S vor seinem Eintritt in den Rüssel 11 noch in der Abkühlzone 10 eine Überalterungsbehandlung bei der Badeintrittstemperatur durchläuft.
  • Im Schmelzenbad 13 wird das Stahlflachprodukt S an der ersten Umlenkeinrichtung 14 in vertikaler Richtung umgelenkt und durchläuft die Einrichtung 15 zur Einstellung der Dicke der metallischen Schutzschicht. Anschließend wird das mit der metallischen Schutzschicht versehene Stahlflachprodukt S an der zweiten Umlenkeinrichtung 16 wieder in die horizontale Förderrichtung F umgelenkt und gegebenenfalls weiteren Behandlungsschritten in hier nicht dargestellten Anlagenteilen unterzogen.
  • Ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren schmelztauchbeschichtetes Stahlflachprodukt eignet sich aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften und seiner Oberflächeneigenschaften hervorragend, um mittels ein-, zwei- oder mehrstufiger Kalt- oder Warmumformung zu einem hoch-/ höchstfesten Blechbauteil weiterverarbeitet zu werden. Dies gilt vorrangig für Anwendungen der Automobilindustrie, aber auch für Apparate-, Maschinen- oder Hausgerätebau sowie die Bauindustrie. Neben den herausragenden mechanischen Bauteileigenschaften zeichnet sich ein solches Blechbauteil weiterhin durch besondere Widerstandsfähigkeit gegenüber Umwelteinflüssen aus. Die Anwendung eines erfindungsgemäß schmelztauchveredelten Stahlflachprodukts hebt somit nicht nur Leichtbaupotential, sondern verlängert auch die Produktlebensdauer.
  • Zusammenfassend kann gesagt werden, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren eine sehr homogene Voroxidation eines Stahlbandes, das durch Schmelztauchbeschichten mit einer metallischen Schutzschicht versehen werden soll, über die komplette Bandbreite in einem großtechnischen DFF-Vorwärmofen erzielt wird. Daraus resultiert eine Verbesserung des Benetzungsbildes und der Überzugshaftung über die komplette Breite des Stahlflachproduktes. Beschichtungsfehler an den Bandkanten können somit auch bei relativ breiten Einsatzbändern vermieden werden. Ein weiterer Vorteil liegt in der optimierten Verbrennung, die sich durch deutlich verringerte Schadstoffemissionen sowie einen reduzierten Brennstoffverbrauch auszeichnet.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Herstellung eines durch Schmelztauchbeschichten mit einer metallischen Schutzschicht versehenen Stahlflachprodukts (S), umfassend folgende Arbeitsschritte:
    a) Bereitstellen eines kalt- oder warmgewalzten Stahlflachprodukts (S), das neben Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%) bis zu 35,0 % Mn, bis zu 10,0 % Al, bis zu 10,0 % Si, bis zu 5,0 % Cr, bis zu 2,0 % Ni, jeweils bis zu 0,5 % an Ti, V, Nb, Mo, jeweils bis zu 0,1 % S, P und N, bis zu 1,0 % C sowie optional 0,0005 - 0,01 % B enthält;
    b) Aufheizen des Stahlflachprodukts (S) in einem Vorwärmofen (3) des DFF-Typs, in welchem ein Voroxidationsabschnitt (4) ausgebildet ist und in welchem das Stahlflachprodukt (S) einer oxidierenden Atmosphäre ausgesetzt wird, um auf der Oberfläche des Stahlflachprodukts eine deckende FeO-Schicht zu bilden, wobei in dem Voroxidationsabschnitt Brenner angeordnet sind, die mit Sauerstoffüberschuss betrieben werden, und wobei mindestens einer der Brenner (17) der Oberseite des Stahlflachproduktes und mindestens ein anderer der Brenner (17) der Unterseite des Stahlflachproduktes zugeordnet ist;
    c) rekristallisierendes Glühen des Stahlflachprodukts (S) in einem Glühofen (6), der im Anschluss an den Vorwärmofen (3) durchlaufen wird, um eine Rekristallisierung des Stahlflachprodukts zu bewirken, wobei in dem Glühofen (6) eine gegenüber FeO reduzierend wirkende Glühatmosphäre herrscht;
    d) Abkühlen des Stahlflachprodukts auf eine Badeintrittstemperatur im Bereich von 430 bis 800°C in einer Schutzgasatmosphäre;
    e) Einleiten des Stahlflachprodukts in ein Schmelzenbad (13), dessen Temperatur im Bereich von 420 bis 780°C liegt; und
    f) Durchleiten des Stahlflachprodukts durch das Schmelzenbad (13) und Einstellen der Dicke der auf dem aus dem Schmelzenbad austretenden Stahlflachprodukt vorhandenen metallischen Schutzschicht, dadurch gekennzeichnet, dass als Brenner (17) in dem Voroxidationsabschnitt des Vorwärmofens (3) flammenlose Brenner verwendet werden, mittels denen Brennstoff (B), vorzugsweise Brenngas, und sauerstoffhaltiges Gas (L) getrennt voneinander mit einer Strömungsgeschwindigkeit von mindestens 60 m/s in den Vorwärmofen (3) eingebracht werden, wobei neben mindestens einem der der Oberseite des Stahlflachprodukts (S) zugeordneten flammenlosen Brenner (17) und neben mindestens einem der Unterseite des Stahlflachprodukts zugeordneten flammenlosen Brenner (17) je mindestens eine Gasleitung (5) zur Zufuhr mindestens eines zusätzlichen Gasstroms (ZG) vorgesehen ist, mittels dem der Brennstoff (B) und das sauerstoffhaltige Gas (L) ergänzend vermischt werden, und wobei der zusätzliche Gasstrom (ZG) schräg auf die Ebene des Stahlflachprodukts (S) gerichtet in den Vorwärmofen (3) eingebracht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die flammenlosen Brenner (17) mit einem Sauerstoffüberschuss von mindestens 1,1, vorzugsweise mindestens 1,2, besonders bevorzugt mindestens 1,3 betrieben werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das sauerstoffhaltige Gas (L) vorgewärmt in den Vorwärmofen (3) eingebracht wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem sauerstoffhaltigen Gas (L) und/oder dem Brennstoff (B) Inertgas zugegeben wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Inertgas und/oder Abgas, vorzugsweise vorgewärmtes Inertgas und/oder erwärmtes Abgas für den zusätzlichen Gasstrom (ZG) verwendet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Taupunkt der Glühatmosphäre über den gesamten Weg des Stahlflachprodukts (S) durch den Glühofen (6) zwischen -40°C und +25°C gehalten wird, indem durch Zufuhr von Feuchtigkeit mittels mindestens einer Befeuchtungseinrichtung (25, 26) Verluste oder Unregelmäßigkeiten der Verteilung der Feuchtigkeit der Atmosphäre ausgeglichen werden.
  7. Durchlaufofen (3) vom DFF-Typ für eine Schmelztauchbeschichtungsanlage, mit einem Voroxidationsabschnitt (4), in welchem ein zu beschichtendes Stahlflachprodukt (S) einer oxidierenden Atmosphäre ausgesetzt wird, um auf der Oberfläche des Stahlflachprodukts eine deckende FeO-Schicht zu bilden, wobei in dem Voroxidationsabschnitt (4) Brenner (17) angeordnet sind, die mit Sauerstoffüberschuss betrieben werden, und wobei mindestens einer der Brenner (17) der Oberseite des Stahlflachproduktes (S) und mindestens ein anderer der Brenner (17) der Unterseite des Stahlflachproduktes (S) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Brenner (17) in dem Voroxidationsabschnitt (4) als flammenlose Brenner ausgeführt sind, mittels denen Brennstoff (B), vorzugsweise Brenngas, und sauerstoffhaltiges Gas (L) getrennt voneinander mit einer Strömungsgeschwindigkeit von mindestens 60 m/s in den Vorwärmofen (3) einbringbar sind, wobei neben mindestens einem der der Oberseite des Stahlflachprodukts (S) zugeordneten flammenlosen Brenner (17) und neben mindestens einem der Unterseite des Stahlflachprodukts zugeordneten flammenlosen Brenner (17) je mindestens eine Gasleitung (5) zur Zufuhr mindestens eines zusätzlichen Gasstroms (ZG) vorgesehen ist, wobei das Ende der jeweiligen Gasleitung (5) derart ausgerichtet ist, dass der dort austretende zusätzliche Gasstrom (ZG) den aus dem flammenlosen Brenner (17) austretenden Brennstoffstrom (B) und/oder sauerstoffhaltigen Gasstrom (L) kreuzt oder tangiert.
  8. Durchlaufofen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei flammenlose Brenner (17) der Oberseite des Stahlflachprodukts (S) und mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei flammenlose Brenner (17) der Unterseite des Stahlflachprodukts (S) zugeordnet sind, wobei die der Oberseite des Stahlflachprodukts (S) zugeordneten flammenlosen Brenner (17) in Durchlaufrichtung (F) des Stahlflachprodukts (S) versetzt zu den der Unterseite des Stahlflachprodukts (S) zugeordneten flammenlosen Brennern (17) angeordnet sind.
  9. Durchlaufofen nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei flammenlose Brenner (17) der Oberseite des Stahlflachprodukts (S) und mindestens zwei, vorzugsweise mindestens drei flammenlose Brenner (17) der Unterseite des Stahlflachprodukts (S) zugeordnet sind, wobei die der Oberseite des Stahlflachprodukts (S) zugeordneten flammenlosen Brenner (17) in einer Seitenwand (3.2) des Vorwärmofens (3) integriert sind, während die der Unterseite des Stahlflachprodukts zugeordneten flammenlosen Brenner in der gegenüberliegenden Seitenwand (3.3) des Vorwärmofens (3) integriert sind.
  10. Durchlaufofen nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem jeweiligen flammenlosen Brenner (17) eine Vorrichtung zur Erwärmung des sauerstoffhaltiges Gases (L) vorgeschaltet ist.
  11. Durchlaufofen nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasleitung (5) zur Zufuhr des mindestens einen zusätzlichen Gasstroms (ZG) eine Vorrichtung zur Erwärmung des Gasstroms (ZG) vorgeschaltet ist.
  12. Durchlaufofen nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige flammenlose Brenner (17) mindestens eine Brennstoffdüse (17.2) aufweist, die von einer Ringdüse oder mehreren auf einem gemeinsamen Teilkreis angeordneten, gleichmäßig voneinander beabstandeten Düsen (17.8) zur Zufuhr von sauerstoffhaltigem Gas (L) umgeben ist.
  13. Durchlaufofen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige flammenlose Brenner (17) mit mehreren Strahlrohrleitungen (17.13) zur Zufuhr von sauerstoffhaltigem Gas (L) versehen ist, deren Längsachsen im Wesentlichen parallel zu der von der Brennstoffdüse (17.2) definierten Brennstoff-Einströmrichtung verlaufen.
  14. Durchlaufofen nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige flammenlose Brenner (17) mit mindestens drei Strahlrohrleitungen (17.13) zur Zufuhr von sauerstoffhaltigem Gas (L) versehen ist, die gleichmäßig voneinander beabstandet auf einem gemeinsamen Teilkreis angeordnet sind.
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