EP2954085B1

EP2954085B1 - Vorrichtung zum schmelztauchbeschichten von metallband

Info

Publication number: EP2954085B1
Application number: EP14705302.9A
Authority: EP
Inventors: Jegor Bergen; Frank Spelleken; Michael Peters; Manuela Ruthenberg; Friedhelm Macherey; Florian Spelz
Original assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date: 2013-02-05
Filing date: 2014-02-04
Publication date: 2019-01-02
Anticipated expiration: 2034-02-04
Also published as: WO2014122128A9; US9453275B2; DE102013101131A1; ES2715857T3; US20150368776A1; WO2014122128A1; EP2954085A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schmelztauchbeschichten von Metallband, vorzugsweise Stahlband, mit einem Schmelzbadgefäß, einem im Schmelzbadgefäß mündenden Rüssel zum Einleiten eines in einem Durchlaufofen erwärmten Metallbandes in das Schmelzbad und einer im Schmelzbadgefäß angeordneten Umlenkrolle zur Umlenkung des ins Schmelzbad eintretenden Metallbandes in eine aus dem Schmelzbad weisende Richtung.
Eine solche Vorrichtung ist beispielsweise aus der EP 0 650 534 B1 bekannt. Vorrichtungen bzw. Anlagen dieser Art werden auch als Feuerbeschichtungsanlagen bezeichnet. Sie sind durch eine kontinuierliche Arbeitsweise gekennzeichnet.
Bei Schmelztauchbeschichtungsanlagen des Standes der Technik sammeln sich auf der Oberfläche der Metallschmelze innerhalb des Rüssels Oxide und Schlacke an, welche zu Fehlern in der Beschichtung des Metallbandes führen können. Beim Eintauchen des Bandes wird die Schlacke vom Band mitgenommen und es entstehen beispielsweise Stellen mit schlechter Haftung aufgrund von Störungen in der Legierungsschicht und Schlackeeinschlüssen sowie Fehlstellen (unbeschichtete Stellen) in der Beschichtung.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass schlackebedingte Oberflächenfehler auf der Oberfläche des beschichteten Metallbandes vermieden werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst ein Schmelzbadgefäß, einen darin mündenden Rüssel zum Einleiten eines in einem Durchlaufofen erwärmten Metallbandes in das Schmelzbad und eine im Schmelzbadgefäß angeordnete Umlenkrolle zur Umlenkung des aus dem Rüssel ins Schmelzbad eintretenden Metallbandes in eine aus dem Schmelzbad weisende Richtung. Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass der Rüssel mit einem schachtförmigen Rüsselverlängerungsstück zur Vergrößerung der Rüsseleintauchtiefe versehen ist, wobei sich die Innenweite des Rüsselverlängerungsstücks zu dessen Austrittsöffnung hin zumindest über eine Teillänge desselben verjüngt, wobei das Rüsselverlängerungsstück (6.1) einen Anschlussabschnitt (6.11) aufweist, in den das untere Ende des Rüssels (6) hineinragt, und der Anschlussabschnitt (6.11) einen becken- oder wannenförmigen Aufnahmeraum (6.12) auf weist.
Das erfindungsgemäße Rüsselverlängerungsstück kann ein separat gefertigtes Bauteil sein, das an das untere Ende des Rüssels unter Belassung mindestens einer Zufuhröffnung angesetzt wird. Es kann aber auch einstückig mit dem Rüssel ausgebildet oder flüssigkeitsdicht mit dem unteren Ende des Rüssels verbunden sein.
Die Innenweite des schachtförmigen Rüsselverlängerungsstücks entspricht im Wesentlichen der lichten Innenhöhe, vorzugsweise der lichten vertikalen Innenhöhe, bzw. dem Innendurchmesser des Rüsselverlängerungsstücks. Die Innenweite des Rüsselverlängerungsstücks wird quer, beispielsweise senkrecht, zur Ebene des das Rüsselverlängerungsstück durchlaufenden Metallbandabschnitts gemessen.
Bei Bewegung des Metallbandes durch den Rüssel geht von dem Band eine Schleppwirkung auf die Metallschmelze aus, durch die an dem Band und in dessen Nähe eine zur Bandlaufrichtung parallele Strömung der Schmelze in Richtung der Umlenkrolle erzeugt wird. Bei herkömmlichen Vorrichtungen zum Schmelztauchbeschichten von Metallband wird diese Strömung durch den Rüssel, der dort eine im Wesentlichen konstante Innenweite bzw. lichte Innenhöhe aufweist, nicht oder nicht nennenswert beeinflusst. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird hingegen die an dem Metallband auftretende Wirbelströmung durch die Verlängerung des Rüssels bzw. die Vergrößerung der Eintauchtiefe des Rüssels erhöht. Gleichzeitig werden hierdurch Einflüsse aus der Schmelze im Schmelzbadgefäß auf die Schmelze im Rüssel vermieden. Insbesondere wird durch die Verjüngung der Innenweite bzw. lichten Innenhöhe des Rüsselverlängerungsstücks zu dessen Austrittsöffnung hin die Strömung der Schmelze innerhalb des Rüssels aufgrund des Bernoulli-Effekts intensiviert. Die so innerhalb des Rüssels intensivierte Strömung ist durch relativ hohe Turbulenzen gekennzeichnet, die eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit am Schmelzbadspiegel sowie eine bessere Durchmischung/Homogenisierung der Schmelze bewirken und damit eine Schlackenbildung oder Schlackenansammlung am Schmelzbadspiegel innerhalb des Rüssels weitestgehend verhindern. Auf diese Weise können schlackebedingte Oberflächenfehler auf der Oberfläche des beschichteten Metallbandes vermieden werden. Durch die erfindungsgemäße Rüsselverlängerung wird ein Umwälzen der Schmelze innerhalb des Rüssels, insbesondere an der Schmelzbadoberfläche im Rüssel bewirkt. Eventuell vorhandene Oxidhäute werden hierdurch aufgerissen und können sich nicht zusammenschließen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass sich die Innenweite bzw. lichte Innenhöhe des Rüsselverlängerungsstücks zu dessen Austrittsöffnung hin zumindest über einer Teillänge desselben stetig verjüngt. Hierdurch lässt sich schon bei einer relativ kurzen Verlängerung des getauchten Rüsselabschnitts in zuverlässiger Weise eine erhebliche Intensivierung der Strömung erzielen und damit eine Schlackenbildung oder Schlackenansammlung am Schmelzbadspiegel im Rüssel vermeiden.
Alternativ oder zusätzlich kann sich die Innenweite bzw. lichte Innenhöhe des Rüsselverlängerungsstücks zu dessen Austrittsöffnung hin zumindest über eine Teillänge desselben auch stufenweise in Form eines oder mehrerer Innenweitesprünge (Innenhöhesprünge) und/oder in Form unterschiedlich zueinander abgewinkelter Rüsselwandabschnitte verjüngen. Auch auf diese Weise lässt sich in zuverlässiger Weise eine erhebliche Intensivierung der Strömung erzielen und eine Schlackenbildung oder Schlackenansammlung am Schmelzbadspiegel im Rüssel vermeiden. Die Realisierung der Verjüngung(en) des Rüssels durch einen oder mehrere Innenweitesprünge und/oder unterschiedlich zueinander abgewinkelte Rüsselwandabschnitte ist in fertigungstechnischer Hinsicht günstig und ermöglicht die Ausbildung spezieller Strömungsprofile im Rüssel.
Um eine ausreichende Wirbelbildung bzw. Homogenisierung der Schmelze im Rüssel zu erzielen, sieht eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor, dass die Austrittsöffnung oder engste Stelle des Rüsselverlängerungsstücks eine lichte Innenweite von maximal 120 mm, vorzugsweise maximal 100 mm aufweist.
Versuche seitens der Erfinder haben ergeben, dass ein Mindestabstand zwischen der Austrittsöffnung des verlängerten Rüssels und der Umlenkrolle (sogenannte Pottrolle) eingehalten werden sollte, da sich ansonsten zwischen Rüssel und Pottrolle ein Staudruck einstellen kann, welcher die Strömung an der Austrittsöffnung des Rüssels bzw. der Rüsselverjüngung beeinträchtigt, wodurch gegebenenfalls eine ausreichende Wirbelbildung im Rüssel verhindert wird. Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht daher vor, dass das Rüsselverlängerungsstück gegenüber der Mantelfläche der Umlenkrolle in einem Abstand im Bereich von 100 mm bis 400 mm, vorzugsweise 100 mm bis 300 mm endet.
Die Länge des Rüsselverlängerungsstückes sollte so bemessen sein, dass beim Schmelztauchbeschichten des Metallbandes die Rüsseleintauchtiefe mindestens 400 mm beträgt. Vorzugsweise ist die Länge des Rüsselverlängerungsstückes so bemessen, dass beim Schmelztauchbeschichten des Metallbandes die Rüsseleintauchtiefe mindestens 500 mm, besonders bevorzugt mindestens 600 mm beträgt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Rüsselverlängerungsstück einen Anschlussabschnitt aufweist, in den das untere Ende des Rüssels hineinragt, wobei der Anschlussabschnitt und der Rüssel mindestens einen Zufuhrkanal zur getrennten Zugabe von Beschichtungsmaterial oder mindestens eines Legierungsadditivs in den Rüssel und/oder in das Rüsselverlängerungsstück definieren. Diese Ausgestaltung ermöglicht die Schaffung von Bereichen mit unterschiedlichen Schmelzzusammensetzungen, um bestimmte gewünschte Legierungsschichteigenschaften einzustellen. Durch Zugabe eines bestimmten Beschichtungs- bzw. Legierungsmaterials direkt in den als Schleuse wirkenden Rüssel ist es möglich, die Schmelzzusammensetzung in der Schleuse (Rüssel) von der Schmelzzusammensetzung im übrigen Teil des Schmelzbadgefäßes zu entkoppeln. So ist es beispielsweise möglich, das Schmelzbadgefäß mit einer im Wesentlichen reinen Aluminiumschmelze zu betreiben und die Schmelze in der Schleuse (Rüssel) mit Silizium anzureichern, so dass auf dem zu beschichtenden Metallband zuerst eine relativ dünne Legierungsschicht erhalten wird. Das anschließend mit Reinaluminium als Decküberzug beschichtete Metallband ist dann durch die dünne Legierungsschicht ausreichend duktil, um gewünschte Umformprozesse realisieren zu können. Aufgrund der Deckschicht aus Reinaluminium besitzt das Produkt aber auch hervorragende Korrosionsschutzeigenschaften.
Durch den unvermeidbaren Austrag von Metallschmelze aus der Schleuse (Rüssel) in das Schmelzenbad kann sich im Rüssel ein unerwünschter Unterdruck bilden bzw. der Pegel der Metallschmelze in der Schleuse sinken. In diesem Zusammenhang ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass das Rüsselverlängerungsstück mit mindestens einem separaten Kanal versehen ist, durch den bei Unterdruck im Rüssel oder bei Absinken der Metallschmelzenoberfläche (Schmelzbadoberfläche) im Rüssel gegenüber der Metallschmelzenoberfläche (Schmelzbadoberfläche) außerhalb des Rüssels Metallschmelze aus dem Schmelzbadgefäß in Richtung der Metallschmelzenoberfläche im Rüssel fließen kann. Hierdurch werden ein Nachfließen von Metallschmelze aus dem Schmelzenbad in den oberen Bereich der Schleuse und damit ein relativ konstanter Pegel der Metallschmelze in der Schleuse sichergestellt.
Der oder die separaten Kanäle können hierzu beispielsweise auf der Außenseite des Rüsselverlängerungsstückes angeordnet sein. Ihre Eintrittsöffnungen sollten ausreichend tief im Schmelzbad angeordnet sein. Vorzugsweise münden sie am unteren Ende des Rüsselverlängerungsstückes.
Des Weiteren ist es hinsichtlich des oben erwähnten Anschlussabschnitts des Rüsselverlängerungsstücks und der getrennten Zugabe von Beschichtungsmaterial oder eines Legierungsadditivs von Vorteil, wenn gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung der mindestens eine separate Kanal einen Endabschnitt aufweist, der oberhalb eines Bodens des Anschlussabschnitts in einem Kehlbereich desselben mündet. Durch diese Ausgestaltung wird bei der bestimmungsgemäßen Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sichergestellt, dass der Boden des Anschlussabschnitts des Rüsselverlängerungsstückes grundsätzlich mit genügend Metallschmelze bedeckt ist. Insbesondere lässt sich durch diese Ausgestaltung ein relativ großer Abstand zwischen der Mündungsöffnung (Austrittsöffnung) des separaten Kanals und der Eintrittsöffnung des Rüsselverlängerungsstückes erzielen. Ein relativ großer Abstand der Austrittsöffnung des separaten Kanals gegenüber der Eintrittsöffnung des Rüsselverlängerungsstückes ist hinsichtlich der getrennten Zugabe von Beschichtungsmaterial oder eines Legierungsadditivs in die durch den Rüssel definierte Schleuse zweckmäßig, damit sich die aus dem Schmelzbadgefäß über den separaten Kanal in den oberen Bereich der Schleuse nachfließende Metallschmelze mit dem in die Schleuse getrennt zugegebenen Beschichtungsmaterial oder Legierungsadditiv möglichst homogen mischen kann und somit eine entsprechend homogene Beschichtung des Metallbandes erzielt wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer mehrere Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen schematisch:

Fig. 1: eine vertikale Schnittansicht eines Schmelzbadgefäßes mit einem verlängerten Rüssel, einer Umlenkrolle und einer Stabilisierungsrolle;
Fig. 2: ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem vertikal geschnitten dargestellten Schmelzbadgefäß und zwei darin angeordneten Stabilisierungsrollen;
Fig. 3: eine Vorrichtung zum Schmelztauchbeschichten von Metallband des Standes der Technik, in vertikaler Schnittansicht;
Fig. 4: einen Teilbereich eines Schmelzbades, in welchem Strömungsverhältnisse bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Bereich eines Rüsselverlängerungsstückes veranschaulicht sind;
Fig. 5: eine vertikale Schnittansicht eines weiteren Schmelzbades mit einer erfindungsgemäßen Rüsselverlängerung, in der Strömungsverhältnisse veranschaulicht sind;
Fig. 6: ein Schmelzbad einer Vorrichtung zum Schmelztauchbeschichten von Metallband des Standes der Technik;
Fig. 7: ein Schmelzbad einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Schmelztauchbeschichten von Metallband;
Fig. 8: eine Querschnittansicht eines Abschnitts eines durch Tauchen in einer AlFeSi-Schmelze beschichteten Stahlbandes;
Fig. 9: eine Querschnittansicht eines Abschnitts eines durch Tauchen in einer Reinaluminiumschmelze beschichteten Stahlbandes;
Fig. 10: eine Querschnittansicht eines Abschnitts eines durch Tauchen in zwei unterschiedliche metallische Schmelzen beschichteten Metallbandes;
Figuren 11 bis 13: ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Rüsselverlängerungsstückes in einer perspektivischen Darstellung, in Vorderansicht und in Draufsicht; und
Fig. 14: eine Vertikalschnittansicht des Rüsselverlängerungsstückes entlang der Schnittlinie A-A der Fig. 12.

In Fig. 3 ist ein Abschnitt einer herkömmlichen Anlage zum Schmelztauchbeschichten von Metallband, insbesondere Stahlband skizziert. Durch das Schmelztauchbeschichten wird das Metallband 1 vor Korrosion geschützt. Hierzu wird das Metallband 1 zunächst in einem Durchlaufofen 2 gereinigt und rekristallisierend geglüht. Anschließend wird das Band 1 schmelztauchveredelt, indem es durch ein schmelzflüssiges Metallbad 3 geführt wird. Als Beschichtungsmetall für das Band 1 kommen beispielsweise Zink, Zinklegierungen, Aluminium sowie Aluminiumlegierungen zum Einsatz. Zur Aufrechterhaltung des schmelzflüssigen Zustandes ist das Schmelzbadgefäß 4 elektrisch beheizt. Beim Durchgang eines Stahlbandes 1 durch das Schmelzbad 3 entsteht auf der Bandoberfläche eine Legierungsschicht aus Eisen und dem Beschichtungsmetall. Darüber bildet sich die Metallschicht aus, deren Zusammensetzung der chemischen Analyse der im Schmelzbadgefäß 4 befindlichen Metallschmelze entspricht. Die Schichtdicke der als Korrosionsschutz dienenden Metallschicht wird üblicherweise mittels Abstreifdüsen 5 eingestellt.
Der Durchlaufofen 2 umfasst typischerweise einen direkt beheizten Vorwärmer (nicht gezeigt) und indirekt beheizte Reduktions- und Haltezonen (nicht gezeigt) sowie nachfolgende Kühlzonen. Am Ende der Kühlzone ist der Ofen 2 über eine Schleuse (Rüssel) 6 mit dem Schmelzbad 3 verbunden. In dem indirekten beheizten Ofenteil sowie in den Kühlzonen wird eine reduzierende Atmosphäre aus Stickstoff und Wasserstoff eingestellt.
Das Stahlband 1 wird in dem Ofen 2 rekristallisierend geglüht, damit der beim Walzen kaltverfestigte Stahlwerkstoff nach dem Durchlauf die erforderlichen technologischen Eigenschaften erhält. Zudem findet durch den Wasserstoff-Anteil in der Ofenatmosphäre eine Reduktion eventuell vorhandener Eisenoxide statt. In den nachfolgenden Kühlzonen wird das Band 1 abgekühlt und tritt mit einer dem Schmelzbad 3 entsprechenden Temperatur in dasselbe ein. Eine im Schmelzbad angeordnete Umlenkrolle 7 bewirkt die Umlenkung des aus dem Rüssel 6 in das Schmelzbad eintretenden Stahlbandes 1 in vorzugsweise vertikale Richtung. Mindestens eine Stabilisierungsrolle 8 und gegebenenfalls eine Andruckrolle (Pass-Line-Rolle) 9 sorgen für einen planen, schwingungsfreien Durchgang des Bandes 1 durch die oberhalb des Schmelzbades angeordneten breiten Flachdüsen 5 der Düsenabstreifvorrichtung. Beim Austritt aus dem Schmelzbad 3 reißt das Band 1 eine von der Bandgeschwindigkeit abhängige Menge von Beschichtungsmaterial aus dem Schmelzbad mit sich. Die sich dabei ergebende Schichtdicke der Metallauflage ist erheblich höher als die gewünschte Schichtdicke. Das überschüssige Beschichtungsmetall wird mittels gerichteter Luft- bzw. Gasstrahlen aus den Flachdüsen 5 abgestreift, so dass die gewünschte Metallauflagenschichtdicke auf dem Band 1 verbleibt.
Bei Beschichtungsanlagen des Standes der Technik gemäß Fig. 3 sammeln sich auf der Oberfläche der Schmelze 3 innerhalb des Rüssels 6 Oxidbeläge oder Schlacke 10 an, welche zu Fehlern in der Legierungsschicht oder in der Beschichtung des Metallbandes 1 führen können. Zur Vermeidung schlackebedingter Beschichtungsfehler schlägt die Erfindung vor, die Eintauchtiefe des Rüssels 6 zu vergrößern und die Innenweite des getauchten Rüsselverlängerungsstücks 6.1 zu dessen Austrittsöffnung hin zumindest über eine Teillänge desselben zu verjüngen. Die erfindungsgemäße Verlängerung des Rüssels 6 kann in unterschiedlichen Ausführungsformen verwirklicht werden.
Bei den in den Figuren 1, 2 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen ist der Rüssel 6 einer gattungsgemäßen Beschichtungsanlage, die im Wesentlichen der Beschichtungsanlage gemäß Fig. 3 entsprechen kann oder entspricht, mit einem schachtförmigen Rüsselverlängerungsstück 6.1 zur Vergrößerung der Rüsseleintauchtiefe versehen. Das Rüsselverlängerungsstück 6.1 weist einen Anschlussabschnitt 6.11 auf, in den das untere Ende des Rüssels 6 hineinragt. Der Anschlussabschnitt 6.11 weist einen becken- oder wannenförmigen Aufnahmeraum 6.12 auf, dessen umlaufende Seitenwandung an einem auf dem oberen Rand des Schmelzbadgefäßes 4 gelagerten Träger 6.13 befestigt ist. Im Boden 6.25 des Anschlussabschnittes 6.11 bzw. Aufnahmeraums 6.12 ist eine längliche Öffnung 6.14 ausgebildet, durch die das zu beschichtende Metallband 1 in das schachtförmige Rüsselverlängerungsstück 6.1 läuft. Die Innenweite (lichte Innenhöhe) W des Rüsselverlängerungsstücks 6.1 verjüngt sich zu dessen Austrittsöffnung 6.15 hin. Die Verjüngung der Innenweite ergibt sich dadurch, dass die der Oberseite und Unterseite des Bandes 1 zugewandten Wände 6.16, 6.17 des Rüsselverlängerungsstücks 6.1 in Richtung Austrittsöffnung 6.15 konvergieren. Der Innendurchmesser des Rüsselverlängerungsstücks 6.1 ist in diesem Ausführungsbeispiel somit durch eine stetige Verjüngung gekennzeichnet.
Die Austrittsöffnung 6.15 oder engste Stelle des Rüsselverlängerungsstücks 6.1 besitzt vorzugsweise eine lichte Innenweite W von maximal 120 mm, besonders bevorzugt maximal 100 mm (vgl. Fig. 4). Des Weiteren ist das Rüsselverlängerungsstück 6.1 so bemessen, dass es gegenüber der Mantelfläche der Umlenkrolle 7 in einem Abstand A im Bereich von 100 mm bis 400 mm, vorzugsweise 100 mm bis 300 mm endet. Beispielsweise beträgt der Abstand A des unteren Endes des Rüsselverlängerungsstücks 6.1 von der Mantelfläche der Umlenkrolle 7 ca. 200 mm.
Wie an sich bekannt, ist der Umlenkrolle 7 eine Stabilisierungsrolle 8 zugeordnet, um einen planen, schwingungsfreien Durchgang des Bandes 1 durch die oberhalb des Schmelzbades angeordneten Flachdüsen 5 der Düsenabstreifvorrichtung sicherzustellen. Die Tragarme der Umlenkrolle 7 und der Stabilisierungsrolle 8 sind in Fig. 1 mit 7.1 und 8.1 bezeichnet. Des Weiteren kann die Stabilisierungsrolle 8 mit einer ebenfalls getaucht angeordneten Führungs- bzw. Andruckrolle 9 kombiniert sein (vgl. Fig. 2).
In den in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Vorrichtung definieren der Anschlussabschnitt 6.11 des Rüsselverlängerungsstücks 6.1 und der Rüssel 6 mindestens einen Zufuhrkanal 6.18, über den in den getauchten Abschnitt des Rüssels 6 und/oder in das Rüsselverlängerungsstück 6.1 Beschichtungsmaterial B und/oder mindestens ein Legierungszusatz LZ getrennt zugegeben werden kann.
Im dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Rüsselverlängerungsstück 6.1 keinen wannen- oder beckenförmigen Anschlussabschnitt auf. Hier ist das Rüsselverlängerungsstück 6.1 unmittelbar am Ende des Rüssels 6 angebracht, d.h. zwischen dem getauchten Ende des Rüssels 6 und dem Rüsselverlängerungsstück 6.1 ist kein Zufuhrspalt oder -kanal vorgesehen. Das Rüsselverlängerungsstück 6.1 ist aus mehreren der Oberseite und Unterseite des Bandes 1 zugewandten Wänden bzw. Wandabschnitten 6.19, 6.20, 6.21, 6.22 zusammengesetzt. Während die oberen Wände/Wandabschnitte 6.19, 6.20 im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, sind die unteren Wände/Wandabschnitte 6.21, 6.22 von oberen Wänden/Wandabschnitten 6.19, 6.20 abgewinkelt und konvergieren in Richtung Austrittsöffnung 6.15. Die stetige Innendurchmesserverjüngung des Rüsselverlängerungsstücks 6.1 erstreckt sich somit in diesem Ausführungsbeispiel über eine Teillänge des Rüsselverlängerungsstücks.
In den Figuren 6 und 7 ist die Geschwindigkeitsverteilung der sich im Schmelzbadgefäß beim Betrieb einer Beschichtungsvorrichtung des Standes der Technik (Fig. 6) und beim Betrieb einer erfindungsgemäßen Beschichtungsvorrichtung (Fig. 7) einstellenden Schmelzeströmung skizziert. Ein Vergleich der Figuren 6 und 7 verdeutlicht, dass durch die erfindungsgemäße Rüsselverlängerung 6.1 die Strömung im Rüssel 6, insbesondere in dem vom Rüssel 6 eingeschlossenen Bereich 3.1 des Schmelzbadspiegels intensiviert wird, was einen ständigen Austausch der Schmelze an der Schmelzbadoberfläche im Rüssel 6 bewirkt. Mit anderen Worten wird durch die erfindungsgemäße Rüsselverlängerung 6.1 ein Umwälzen der Schmelze innerhalb des Rüssels 6, insbesondere an der Schmelzbadoberfläche im Rüssel 6 bewirkt. Somit kann sich in dem vom Rüssel 6 eingeschlossenen Bereich 3.1 des Schmelzbadspiegels keine Schlacke ansammeln, die Oberflächenfehler in der Beschichtung des Bandes 1 verursacht.
Die erfindungsgemäße Rüsselverlängerung bietet zudem die Möglichkeit, im Schmelzbad 3 Bereiche mit unterschiedlichen Schmelzzusammensetzungen zu schaffen, um bestimmte gewünschte Legierungsschichteigenschaften einzustellen. Dies wird nachfolgend unter Bezug auf die Figuren 8 bis 10 näher erläutert.
Bei einer herkömmlichen Schmelzbadtauchbeschichtung von Stahlband mit einer Aluminiumschmelze, die etwa 10 Gew.-% Silizium enthält, entsteht eine relativ dünne Legierungsschicht 11 an der Grenzfläche Stahl-Beschichtungsmetall. Die Dicke der Legierungsschicht 11 beträgt beispielsweise ca. 4 µm. Auf die Legierungsschicht 11 folgt die darüberliegende Deckschicht 12 aus Aluminium und eingelagerten Eisensiliziumnadeln. Diese unter der Handelsbezeichnung FAL Typ 1 bekannte Beschichtung ist aufgrund der dünnen Legierungsschicht 11 ausreichend duktil, um gewünschte Umformungen des beschichteten Stahlbandes 1 bzw. Stahlblechs zufriedenstellend realisieren zu können. Der durch diese Beschichtung erzielte Korrosionsschutz ist jedoch nicht so gut wie bei einer Reinaluminiumbeschichtung mit der Handelsbezeichnung FAL Typ 2.
Fig. 9 zeigt einen Abschnitt eines durch Tauchen in einer Reinaluminiumschmelze beschichteten Stahlbandes 1 im Querschnitt. Dieser Überzug stellt einen hervorragenden Korrosionsschutz dar. Mit 12' ist die Deckschicht aus Reinaluminium bezeichnet. Aufgrund des fehlenden Siliziums in der Schmelze bildet sich an Grenzfläche Stahl-Beschichtungsmetall eine relativ dicke Legierungsschicht 11'. Die Dicke der spröden Legierungsschicht 11' kann in diesem Fall beispielsweise bis zu 20 µm betragen. Die spröde Legierungsschicht 11' neigt beim Umformen des beschichteten Stahlbandes 1 bzw. Stahlblechs zur Rissbildung und zum Ablösen der Metallauflage. Aufgrund der eingeschränkten Duktilität ist dieses Produkt (FAL Typ 2) nur für einfache Bauteile geeignet, die keine größeren Umformungen erfordern.
Die in Fig. 1 oder Fig. 2 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung, bei welcher der Rüssel 6 und der Anschlussabschnitt 6.11 des Rüsselverlängerungsstücks 6.1 mindestens einen Zufuhrkanal 6.18 definieren, ermöglicht es, im Rüssel 6 eine Siliziumhaltige Schmelze anzureichern, die zu einer dünnen Legierungsschicht 11 ähnlich der Legierungsschicht des Produktes FAL Typ 1 führt. Beispielsweise kann dem Rüssel 6 über den beckenförmige Anschlussabschnitt 6.11 des Rüsselverlängerungsstücks 6.1 und den Zufuhrkanal 6.18 ein AlFeSi-Beschichtungsmaterial zugegeben werden. Im eigentlichen Schmelzbadgefäß 4 wird dagegen mit einer Reinaluminiumschmelze gearbeitet, so dass eine Deckschicht 12' aus Reinaluminium erhalten wird. Dieses Produkt ("FAL Typ 3") vereinigt die Vorteile der Produkte FAL Typ 1 und FAL Typ 2. Denn man erhält so ein Produkt, welches durch die dünne Legierungsschicht 11 ausreichend duktil ist, um gewünschte größere Umformungen realisieren zu können, und welches zudem durch die Deckschicht 12' aus Reinaluminium hervorragende Korrosionsschutzeigenschaften besitzt.
In den Figuren 11 bis 14 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rüsselverlängerungsstückes gezeigt. Wie bei den in den Figuren 1, 2 und 4 weist das Rüsselverlängerungsstück 6.1 einen Anschlussabschnitt 6.11 auf, in den das untere Ende des Rüssels hineinragt. Der Anschlussabschnitt 6.11 definiert einen becken- oder wannenförmigen Aufnahmeraum 6.12, dessen umlaufende Seitenwandung an einem auf dem oberen Rand des Schmelzbadgefäßes gelagerten Träger 6.13 befestigt ist.
Im Boden 6.25 des Anschlussabschnittes 6.11 bzw. Aufnahmeraums 6.12 ist eine längliche Öffnung 6.14 ausgebildet, durch die das zu beschichtende Metallband in das schachtförmige Rüsselverlängerungsstück 6.1 läuft. Die Innenweite (lichte Innenhöhe) W des Rüsselverlängerungsstücks 6.1 verjüngt sich zu dessen Austrittsöffnung 6.15 hin. Die Verjüngung der Innenweite W ergibt sich dadurch, dass die der Oberseite und Unterseite des Bandes 1 zugewandten Wände 6.16, 6.17 des Rüsselverlängerungsstückes 6.1 in Richtung Austrittsöffnung 6.15 konvergieren. Die vordere Wand 6.16 schließt mit dem Boden 6.25 einen spitzen Winkel ein, der beispielsweise ca. 65° beträgt. Die hintere Wand 6.17 schließt mit dem Boden 6.25 einen spitzen Winkel ein, der beispielsweise ca. 60° beträgt (vgl. Fig. 14).
Die Austrittsöffnung 6.15 oder engste Stelle des Rüsselverlängerungsstücks 6.1 besitzt eine lichte Innenweite W von beispielsweise weniger als 130 mm, vorzugsweise maximal 120 mm, besonders bevorzugt maximal 100 mm. Des Weiteren ist das Rüsselverlängerungsstück 6.1 so bemessen, dass beim Schmelztauchbeschichten des Metallbandes die Rüsseleintauchtiefe mindestens 400 mm, vorzugsweise mindestens 500 mm, besonders bevorzugt mindestens 600 mm beträgt.
Das Rüsselverlängerungsstück 6.1 ist mit separaten Kanälen 6.23, 6.24 versehen, durch die bei Absinken des Schmelzbadpegels im Rüssel gegenüber dem Schmelzbadpegel (Schmelzbadspiegel) außerhalb des Rüssels 6 Metallschmelze aus dem Schmelzbadgefäß 4 in Richtung Schmelzbadspiegel im Rüssel bzw. Aufnahmeraum 6.12 fließen kann.
Die separaten Kanäle 6.23, 6.24 sind vorzugsweise auf der Außenseite der vorderen Wand 6.16 des Rüsselverlängerungsstückes 6.1 angeordnet. Der jeweilige Kanal 6.23, 6.24 kann aus einem Rohr bestehen oder aus einem U-Profil gebildet sein, dessen Schenkel mit der Wand des Rüsselverlängerungsstück 6.1 verbunden, beispielsweise verschweißt sind. Alternativ oder zusätzlich können entsprechende Kanäle auf der Außenseite der hinteren Wand 6.17 und/oder auf den schmaleren Seitenwänden des Rüsselverlängerungsstückes 6.1 angeordnet sein. Die Kanäle 6.23, 6.24 münden oberhalb des Bodens 6.25 des Anschlussabschnitts 6.11. Die oberen Endabschnitte 6.231, 6.241 der Kanäle 6.23, 6.24 sind hierzu auf der Außenseite der vorderen Wand des Anschlussabschnitts 6.11 angeordnet, die im Betrieb dem aus dem Schmelzbadgefäß 4 herauslaufenden Abschnitt des Bandes 1 zugewandt ist. Die oberen Endabschnitte 6.231, 6.241 der Kanäle 6.23, 6.24 gehen in Kanalabschnitte über, die an der Unterseite des Bodens 6.25 angeordnet sind (vgl. Fig. 14). Die oberen Austrittsöffnungen der Kanäle 6.23, 6.24 befinden sich somit oberhalb des Bodens 6.25 in einem Kehlbereich, der durch den Boden 6.25 und die vordere Wand des Anschlussabschnitts 6.11 definiert ist.
Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind mehrere Varianten denkbar, die auch bei abweichender Gestaltung von der in den beiliegenden Ansprüchen angegebenen Erfindung Gebrauch machen. So liegt es beispielsweise auch im Rahmen der Erfindung, wenn sich die Innenweite des getauchten Rüsselverlängerungsstücks 6.1 zu dessen Austrittsöffnung 6.15 hin zumindest über eine Teillänge stufenweise in Form eines oder mehrerer Innenweitesprünge und/oder in Form unterschiedlich zueinander abgewinkelter Rüsselwandabschnitte verjüngt.

Claims

Vorrichtung zum Schmelztauchbeschichten von Metallband, mit einem Schmelzbadgefäß (4), einem im Schmelzbadgefäß mündenden Rüssel (6) zum Einleiten eines in einem Durchlaufofen erwärmten Metallbandes in das Schmelzbad (3) und einer im Schmelzbadgefäß angeordneten Umlenkrolle (7) zur Umlenkung des ins Schmelzbad (3) eintretenden Metallbandes (1) in eine aus dem Schmelzbad weisende Richtung, dadurch gekennzeichnet, dass der Rüssel (6) mit einem schachtförmigen Rüsselverlängerungsstück (6.1) zur Vergrößerung der Rüsseleintauchtiefe versehen ist, wobei sich die Innenweite des Rüsselverlängerungsstücks (6.1) zu dessen Austrittsöffnung (6.15) hin zumindest über eine Teillänge desselben verjüngt, wobei das Rüsselverlängerungsstück (6.1) einen Anschlussabschnitt (6.11) aufweist, in den das untere Ende des Rüssels (6) hineinragt, und der Anschlussabschnitt (6.11) einen becken- oder wannenförmigen Aufnahmeraum (6.12) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Innenweite (W) des Rüsselverlängerungsstücks (6.1) zu dessen Austrittsöffnung (6.15) hin zumindest über einer Teillänge desselben stetig verjüngt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Innenweite (W) des Rüsselverlängerungsstücks (6.1) zu dessen Austrittsöffnung (6.15) hin zumindest über eine Teillänge desselben stufenweise in Form eines oder mehrerer Innenweitesprünge und/oder in Form unterschiedlich zueinander abgewinkelter Rüsselwandabschnitte (6.19, 6.20, 6.21, 6.22) verjüngt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnung (6.15) oder engste Stelle des Rüsselverlängerungsstücks (6.1) eine lichte Innenweite (W) von maximal 120 mm, vorzugsweise maximal 100 mm aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rüsselverlängerungsstück (6.1) gegenüber der Mantelfläche der Umlenkrolle (7) in einem Abstand (A) im Bereich von 100 mm bis 400 mm, vorzugsweise 100 mm bis 300 mm endet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Rüsselverlängerungsstück (6.1) einen Anschlussabschnitt (6.11) aufweist, in den das untere Ende des Rüssels (6) hineinragt, wobei der Anschlussabschnitt (6.11) und der Rüssel (6) mindestens einen Zufuhrkanal (6.18) zur getrennten Zugabe von Beschichtungsmaterial (B) oder mindestens eines Legierungsadditivs (LZ) in den Rüssel (6) und/oder in das Rüsselverlängerungsstück (6.1) definieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Rüsselverlängerungsstückes (6.1) so bemessen ist, dass beim Schmelztauchbeschichten des Metallbandes (1) die Rüsseleintauchtiefe mindestens 400 mm, vorzugsweise mindestens 500 mm, besonders bevorzugt mindestens 600 mm beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rüsselverlängerungsstück (6.1) mit mindestens einem separaten Kanal (6.23, 6.24) versehen ist, durch den bei Unterdruck im Rüssel (6) oder bei Absinken der Metallschmelzenoberfläche im Rüssel (6) gegenüber der Metallschmelzenoberfläche außerhalb des Rüssels (6) Metallschmelze aus dem Schmelzbadgefäß (4) in Richtung der Metallschmelzenoberfläche im Rüssel (6) fließen kann.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die separaten Kanäle (6.23, 6.24) auf der Außenseite des Rüsselverlängerungsstückes (6.1) angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die separaten Kanäle (6.23, 6.24) am unteren Ende des Rüsselverlängerungsstückes (6.1) münden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10 in Verbindung mit Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine separate Kanal (6.23, 6.24) einen Endabschnitt (6.231, 6.241) aufweist, der oberhalb eines Bodens (6.25) des Anschlussabschnitts (6.11) in einem Kehlbereich desselben mündet.