EP3561133A1 - Vorrichtung und verfahren zum schmelztauchbeschichten eines metallbandes mit mindestens zwei schichten - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum schmelztauchbeschichten eines metallbandes mit mindestens zwei schichten Download PDF

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EP3561133A1
EP3561133A1 EP19168561.9A EP19168561A EP3561133A1 EP 3561133 A1 EP3561133 A1 EP 3561133A1 EP 19168561 A EP19168561 A EP 19168561A EP 3561133 A1 EP3561133 A1 EP 3561133A1
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EP
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metal strip
melt
transition
layer
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Michael Peters
Frank Spelleken
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ThyssenKrupp AG
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
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Definitions

  • the invention relates to a device for hot dip coating a metal strip with at least two layers, with a continuous furnace for passing and heating the metal strip, with a arranged in the direction of the metal strip behind the continuous furnace first filled with a melt vessel and at least one second filled with a melt vessel with a trunk arranged between the continuous furnace and the first vessel for passing and introducing the metal strip into the melt in the first vessel, with a passage arranged between the vessels for passing the metal strip, with at least one deflection roller arranged in the second vessel for deflecting and discharging the passage Metal band from the second vessel.
  • the invention relates to a method for hot dip coating a metal strip having at least two layers, wherein the metal strip is passed through and heated in a continuous furnace, the heated metal strip passed through a arranged in the direction of the metal strip behind the continuous furnace trunk and in a first filled with a melt And the metal strip is coated with a first layer, the metal layer coated with a first layer is passed through a transition and introduced into at least one second vessel filled with a melt and coated with a second layer which coated with the second layer Metal strip is deflected over at least one deflection roller and discharged from the melt in the second vessel.
  • Methods and devices for hot dip coating of metal strips with two layers of chemically different composition are known from the prior art, cf. for example DE 10 2013 101 131 A1 . DE 10 2013 101 132 A1 and DE 10 2013 101 134 B3 ,
  • a leakage of the melt from the first vessel or a mixing of the melts can be realized substantially only with constant operation at high belt speeds.
  • operating fluctuations can be affected, for example, by fluctuating belt speeds or low belt speeds.
  • the invention is based on the object to provide a device and a method for hot dip coating a metal strip, in particular a steel strip with at least two layers, with which or with which under operating conditions or at low belt speeds a reliable coating process can be ensured.
  • a device for hot dip coating of a metal strip with at least two layers with a continuous furnace for passing and heating the metal strip, with a arranged in the direction of the metal strip behind the continuous furnace first vessel filled with a melt and at least one second filled with a melt vessel, with a between the continuous furnace and the first vessel arranged trunk for passing and introducing the metal strip into the melt in the first vessel, with an arranged between the vessels transition for passing the metal strip, with at least one arranged in the second vessel pulley for deflecting and discharging the metal strip from the second vessel, wherein at the transition at least one electromagnetic means is arranged, is provided.
  • the inventors have found that by arranging at least one electromagnetic means, in particular at least one inductor at the transition closing the Transition or the output range of the transition can be effectively effected so that leakage of the melt from the first vessel via the transition and thus a mixing of the melts can be prevented, regardless of the mode of operation or decoupled from the belt speed.
  • the melt in the first vessel or in the transition which is in particular connected to the vessel, is a metallic melt, for example, it consists of zinc or a zinc alloy or of aluminum or an aluminum alloy.
  • the electromagnetic means in particular if at least two electromagnetic means are each arranged parallel to the surface of the metal strip, generate or generate by applying a current an alternating magnetic field, which essentially influences the melt in the transition in such a way that, contrary to gravity, the melt sinks effectively prevented.
  • the magnetic alternating field is preferably adjustable individually and to the respectively used or used metallic melt.
  • the electromagnetic means or the electromagnetic means are housed.
  • the one or more electromagnetic means may also be housed in particular media-tight, d. H. that operation of the electromagnetic means by immersion in a melt can take place without damage.
  • the transition opens at least in sections in the second vessel, in particular, the transition at least partially immersed in the melt in the second vessel. This can be ensured in particular that the metal strip passes through the two vessels without being exposed to the atmosphere or the environment, so that no contact can be made in particular with oxygen, which the surface of the metal strip, in particular the surface of the metal layer coated with the first layer would adversely affect.
  • the first vessel is arranged at least in sections in the second vessel. Due to the small installation space, it is also possible, for example, to retrofit existing, conventional melt-coating installations having at least one second vessel with a transition and at least one electromagnetic means arranged at the transition.
  • the first vessel may be arranged in the second vessel such that the level of the melt in the first vessel corresponds to the level of the melt in the second vessel.
  • the transition is performed perpendicular or at an angle to the horizontal.
  • At least one extension piece is provided, through which the metal strip can be passed, which is directly connected to the transition of the first vessel or to the first vessel, wherein in particular the extension piece at least partially opens into the second vessel.
  • the extension piece at least partially immersed in the melt in the second vessel.
  • At least a third vessel filled with a melt is provided, which is arranged in particular in the running direction of the metal strip between the first and the second vessel, in particular the third vessel has a transition and / or is connected to a transition, wherein in particular at the transition at least one electromagnetic means is arranged.
  • This design allows the coating of a metal strip with at least three layers.
  • At least one heating means is provided, which is arranged in particular in the running direction of the metal strip between the first and second vessels or between the first and third vessels and / or between the third and second vessels.
  • the provision of at least one heating means, preferably at least two heating means, which may each be arranged parallel to the surface of the metal strip a heat treatment may be carried out on the metal strip coated with a first layer and / or another layer to advantageously a stable layer or intermediate layer form the metal strip which is ready for a subsequent coating with another layer.
  • the heat treatment as a function of temperature and time leads to a flow of material or to a material diffusion, in particular iron from the steel strip in the coated layer can diffuse and stabilize it.
  • At least one extension piece is provided, through which the metal strip can be passed, which coincides with the transition of the first vessel or is directly connected to the first vessel, wherein in particular the extension piece at least partially opens in the third vessel, and wherein at least one extension piece is provided, through which the metal strip is passable, which directly connected to the transition of the third vessel or with the third vessel is, in particular, the extension piece opens at least partially in the second vessel.
  • the heating means is arranged in and / or on the extension piece.
  • the heating means is arranged in the extension piece on both sides substantially parallel to the surface of the metal strip and in particular designed as an inductive heating means.
  • induction By means of induction, the metal strip coated with a layer can be quickly and effectively heated or heated to a predefined temperature in order to be able to form a stable layer on the metal strip, in particular by means of a material flow / substance diffusion of chemical elements from the metal strip.
  • At least two deflection rollers are arranged in the second vessel.
  • a first deflection roller for receiving the incoming metal strip and deflection by approximately 90 ° and a second deflection roller for receiving the deflected by the first deflection roller can at a vertical entry Metal band and deflection of the metal strip to be provided in about another 90 ° for discharging the metal strip from the second vessel in the second vessel.
  • this task can alternatively only be assumed by a deflection roller in the second vessel.
  • a method for hot dip coating a metal strip with at least two layers in particular with an aforementioned device according to the invention, wherein the metal strip is passed in a continuous furnace and heated, passed through the heated metal strip through a arranged in the direction of the metal strip behind the continuous furnace trunk and in a first a vessel filled with a melt is introduced and the metal strip is coated with a first layer, the metal strip coated with a first layer is passed through a junction and into at least one second vessel filled with a melt is introduced and coated with a second layer, the metal layer coated with the second layer is deflected via at least one deflection roller and discharged from the melt in the second vessel, wherein at least one electromagnetic means is arranged at the transition closes off the transition to prevent leakage of the melt from the first vessel through the transition.
  • the melt chemically differs in the first vessel from the melt in the second vessel.
  • the melt in the third vessel may also differ from the melts in the first and second vessels. If, for example, the melts are of the same type, in particular zinc or aluminum alloys, corresponding gradients in the individual layers of the coatings can be set or formed by individual alloy constituents which may or may not be present in the respective melts with different proportions.
  • the metal strip is introduced vertically into the first and / or second vessel.
  • the metal strip coated with a first layer is passed through a transition and introduced into at least a third vessel filled with a melt and coated with a third layer before it is introduced into at least one second vessel filled with a melt and with a second layer is coated.
  • the metal strip coated with the first layer is heated in order to form a stable layer on the metal strip, in particular by a mass flow / substance diffusion of chemical elements from the metal strip, before it is coated with the third and / or second layer.
  • the melts in the first, second and / or third vessel may have different melt bath temperatures.
  • This is particularly advantageous in terms of wettability and adhesion in the coating of high-alloy metals, preferably of high-alloy steels, since high-alloy metals, preferably high-alloy steels often have defects in the alloy layer in conventional coating, in particular at conventional melt bath temperature have. It has been shown that higher melt bath temperatures enhance or favor the formation of a closed alloy layer.
  • the first melt seen in the direction of passage can have a significantly higher temperature level than the actual melt, which is conventionally tempered and intended for the actual coating.
  • the first melt has a higher temperature compared to the second and / or third melt, the difference being in particular at least 10 K, preferably at least 17 K, particularly preferably at least 24 K.
  • the solubility of the iron in the steels decreases, so that the tendency for slag formation in the melt to decrease.
  • the volume of the melt, in particular the first, higher-temperature melt selected smaller than the vessels for further melting so that the slag formation is lower overall.
  • identical or different atmospheres can be set.
  • different dew points can also be set.
  • FIG. 1 a schematic device is shown as known from the prior art.
  • the device is suitable for hot dip coating a metal strip (1), preferably a steel strip (1) with two layers, with a continuous furnace, not shown, for passing and heating the metal strip (1), with a arranged in the direction of the metal strip behind the continuous furnace first with a Melt (11.1) filled vessel (11) and at least one second with a melt (12.1) filled vessel (12), with a between the continuous furnace and the first vessel (11) arranged trunk (13) for passing and introducing the metal strip ( 1) in the melt (11.1) in the first vessel (11), with a between the vessels (11, 12) arranged transition (11.2) for passing the metal strip (1), with a in the second vessel (12) arranged deflection roller (15 ) for deflecting and discharging the metal strip (1) from the second vessel (12).
  • the metal strip (1) is passed through two vessels (11, 12) each filled with a melt (11.1, 12.1) and coated successively, wherein a separation of the respective melts (11.1, 12.1) with each other by a relatively simple cone-shaped transition (11.2 ) between the first vessel (11) and the second vessel (12) takes place such that during the coating operation the metal strip (1) passing through the transition (11.2) is operated at a sufficiently high belt speed, so that within the cone-shaped transition (11.2) Turbulence (11.3) in the melt (11.1) arise, which prevent leakage of the melt (11.1) from the transition (11.2) with a tapering in the direction of the exit cross-section in the second vessel (12) substantially.
  • additional stabilizing rollers (16) may be arranged, which stabilize in particular the metal strip (1) on exit from the melt (12.1) in the second vessel (12) and cause a smooth tape running, in particular in connection with above the second vessel respectively on both sides of the exiting metal strip (1) arranged scraper nozzles (19) for adjusting the layer thickness on the metal strip (1), preferably for setting a constant layer thickness.
  • FIG. 2 shows in contrast to FIG. 1 a device (10) according to a first embodiment of the invention with at least one arranged at the transition (11.2) of the first vessel (11) Electromagnetic means (14) to ensure a reliable coating process even in fluctuating operating conditions or at low belt speeds.
  • the electromagnetic means (14), in particular the at least two electromagnetic means (14) are each arranged substantially parallel to the surface of the metal strip (1).
  • the means (14) outside the transition (11.2) are arranged or installed.
  • the transition (11.2) is cone-shaped and executed at an angle to the horizontal.
  • the transition (11.2) can be designed as a separate component and connected to the first vessel (11) or integrally and integrally formed with the first vessel (11).
  • the electromagnetic means (14) are housed media-tight, since they are in the melt (12.1) in the second vessel (12).
  • FIG. 3 shows in contrast to FIG. 2 a device (10) according to a second embodiment of the invention with a transition (11.2) which has a substantially constant longitudinal cross-section and is designed at an angle to the horizontal, in particular with substantially parallel to the surface of the metal strip (1) extending side parts, and in particular at least two electromagnetic means (14) arranged at the transition (11.2).
  • the electromagnetic means (14) outside the transition (11.2) are arranged or installed.
  • the transition (11.2) can be designed as a separate component and connected to the first vessel (11) or integrally and integrally formed with the first vessel (11).
  • the electromagnetic means (14) are housed media-tight, since they are in the melt (12.1) in the second vessel (12).
  • the enclosure is exemplified with (20).
  • FIG. 4 shows in contrast to FIG. 3 a device (10) according to a third embodiment according to the invention with a transition (11.2), which has a substantially constant cross-section in the longitudinal direction and is perpendicular or vertical to the horizontal, in particular with substantially parallel to the surface of the metal strip (1) extending side parts , And in particular at least two electromagnetic means (14) arranged at the transition (11.2).
  • the electromagnetic means (14) outside the transition (11.2) are arranged or installed.
  • the transition (11.2) can be designed as a separate component and connected to the first vessel (11) or integrally and integrally formed with the first vessel (11).
  • the electromagnetic means (14) may be housed.
  • the metal strip (1) passes perpendicularly through the first vessel (11) filled with a melt (11.1) and perpendicularly into the second vessel (12) filled with a melt (12.1), via a first deflection roller (15) for receiving the entering metal strip (1) and deflection by about 90 ° and a second guide roller (15) for receiving the first Deflection roller (15) deflected metal strip (1) and deflection of the metal strip (1) by approximately 90 ° for discharging the metal strip (1) out of the second vessel (12).
  • the transition (11.2) opens at least in sections in the second vessel (12). In other words, the transition (11.2) at least in sections, in particular the outlet-side area in the melt (12.1) in the second vessel (12), to avoid contact of the metal strip (1) with the oxygen in the atmosphere.
  • FIG. 5 shows in contrast to FIG. 4 a device (10) according to a fourth embodiment of the invention, wherein at least a third with a melt (17.1) filled vessel (17) is provided, which in particular in the running direction of the metal strip (1) between the first vessel (11) and the second vessel (12 ) is arranged.
  • the third vessel (17) has a transition (17.2) and / or is connected to a transition (17.2), wherein at the transition (17.2) at least one electromagnetic means (14) is arranged.
  • the metal strip (1) is passed through in a continuous furnace, not shown, and heated.
  • the heated metal strip (1) is passed through a in the running direction of the metal strip (1) behind the continuous furnace trunk (13) and introduced into a first with a melt (11.1) filled vessel (11) or passed through and coated with a first layer ,
  • the coated with a first layer of metal strip (1) is passed through the transition (11.2) and introduced into a third with a melt (17.1) filled vessel (17) or passed through and coated with a third layer.
  • the metal strip (1) coated with a third layer is passed or passed through the transition (17.2) and introduced into a second vessel (12) filled with a melt (12.1) and coated with a second layer.
  • the metal strip (1) coated with the second layer is diverted via two deflecting rollers (15) arranged in the second vessel (12) and discharged from the melt (12.1) in the second vessel (12).
  • at least one extension piece (11.4, 17.4) are provided, through which the metal strip (1) are istleitbar, each with the transitions (11.2, 17.2) of the first and third vessel (11, 17) or in each case with the first and third vessel (11, 17) are directly connected, open at least in sections in the respective downstream in the direction of the metal strip (1) vessel (17, 12), means that the extension piece (11.4) at least partially into the melt (17.1) in the third vessel ( 17) and the extension piece (17.4) at least partially immersed in the melt (12.1) in the second vessel (12) to avoid oxygen contact of the metal strip (1) between the vessels (17, 12).
  • FIG. 6 shows in contrast to FIG. 4 a device (10) according to a fifth embodiment of the invention, wherein at least one extension piece (11.4) is provided, through which the metal strip (1) is passable, which with the transition (11.2) of the first vessel (11) or with the first vessel ( 11), opens at least in sections in the second vessel (12) such that the extension piece (11.4) at least partially immersed in the melt (12.1) in the second vessel (12) to oxygen contact the metal strip (1) between the vessels (11, 12). Furthermore, at least one heating means (18) is provided, which is arranged in particular in the running direction of the metal strip (1) between the first and second vessel (11, 12), in particular in and / or on the extension piece (11.4).
  • at least one heating means (18) is provided, which is arranged in particular in the running direction of the metal strip (1) between the first and second vessel (11, 12), in particular in and / or on the extension piece (11.4).
  • At least one heating means (18), preferably at least two heating means (18), each arranged essentially parallel to the surface of the metal strip (18) and in particular as inductive heating means (18), can be heat-treated on the first layer and / or a further layer of coated metal strip (1) are carried out in order to advantageously form a stable layer or intermediate layer on the metal strip (1).
  • the heat treatment as a function of temperature and time leads to a stream or to a substance diffusion, in particular diffuses iron from the steel strip (1) in the coated layer and stabilized.
  • FIG. 7 shows three micrographs of three different coated steel bands (1).
  • an aluminum alloy more specifically made of an aluminum melt with about 10 wt .-% silicon
  • the alloy layer (1.2) forms a covering layer (1.3) of aluminum and embedded FeSi needles.
  • the coating is due to the relatively thin alloy layer (1.2) sufficiently ductile and can be subjected to complex forming processes without damage.
  • the corrosion protection is less pronounced compared to a substantially pure aluminum-containing coating / covering layer, s. upper section.
  • an approximately 20 ⁇ m thick alloy layer (1.2) is formed on the steel substrate (1.1) and above the alloy layer (1.2) in the absence of silicon a cover layer (1.3) made of pure aluminum.
  • the coating is due to the relatively thick alloy layer (1.2) is very brittle and is not suitable for complex forming processes.
  • the coating / cover layer has excellent corrosion protection, s. medium cut.
  • a hot-dip-coated metal strip (1) preferably steel strip can be reliably implemented by the inventive device or by the inventive method, for example, in the first vessel (11) a melt (11.1) of an aluminum alloy with approximately 10 wt .-% silicon and im second vessel (12) is provided a melt (12.1) of substantially pure aluminum.
  • a melt (11.1) of an aluminum alloy with approximately 10 wt .-% silicon and im second vessel (12) is provided a melt (12.1) of substantially pure aluminum.
  • the aforementioned advantages can be combined, i. h., That a relatively thin alloy layer (1.2) with a thickness of about 4 microns and a cover layer (1.3) of pure aluminum without FeSi needles can form, the coated with at least two chemically different layers steel strip (1) due to relatively thin alloy layer (1.2) can be complex formed and due to the substantially pure aluminum cover layer (1.3) has a high corrosion protection.
  • the invention is not limited to the embodiments shown, but the individual features can be combined with each other. Also zinc or different zinc alloys can be used as melts, in particular zinc alloys with different contents of magnesium and / or aluminum and / or nickel.
  • the second vessel (12) preferably corresponds to a conventional fire-coating pot.
  • the respective vessels (11, 12, 17) are appropriately filled with coating materials (B1, B2, B3), in particular during operation.
  • the melts (11.1, 12.1, 17.1) in the vessels (11, 12, 17) can have different temperatures, the first melt (11.1) having a significantly higher temperature level in comparison to the second and / or third melt (12.1, 17.1), wherein the difference is in particular at least 10 K, preferably at least 17 K, particularly preferably at least 24 K.
  • the vessel (11) for the first melt (11.1) may be smaller in size than the vessels (12, 17) of the second and / or third melt (12.1, 17.1), wherein the volume of the first melt (11.1) compared to Volume of the second and / or third melt (12.1, 17.1) by at least 1/2, in particular by at least 1/3, preferably by at least 1/5 may be lower, in particular to reduce total slag formation.
  • different atmospheres, in particular in the trunk (13) and / or in the transition areas (11.2, 17.2) in particular in the extension pieces (11.4, 17.4), for example, different dew points can be set.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zum Schmelztauchbeschichten eines Metallbandes (1) mit mindestens zwei Schichten, mit einem Durchlaufofen zum Durchleiten und Erwärmen des Metallbandes (1), mit einem in Laufrichtung des Metallbandes (1) hinter dem Durchlaufofen angeordneten ersten mit einer Schmelze (11.1) gefüllten Gefäß (11) und mit mindestens einem zweiten mit einer Schmelze (12.1) gefüllten Gefäß (12), mit einem zwischen dem Durchlaufofen und dem ersten Gefäß (11) angeordneten Rüssel (13) zum Durchleiten und Einleiten des Metallbandes (1) in die Schmelze (11.1) im ersten Gefäß (11), mit einem zwischen den Gefäßen (11, 12) angeordneten Übergang (11.2) zum Durchleiten des Metallbands (1), mit mindestens einer im zweiten Gefäß (12) angeordneten Umlenkrolle (15) zur Umlenkung und Ausleiten des Metallbandes (1) aus dem zweiten Gefäß (12), wobei an dem Übergang (11.2) mindestens ein elektromagnetisches Mittel (14) angeordnet ist.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Schmelztauchbeschichten eines Metallbandes mit mindestens zwei Schichten, mit einem Durchlaufofen zum Durchleiten und Erwärmen des Metallbandes, mit einem in Laufrichtung des Metallbandes hinter dem Durchlaufofen angeordneten ersten mit einer Schmelze gefüllten Gefäß und mit mindestens einem zweiten mit einer Schmelze gefüllten Gefäß, mit einem zwischen dem Durchlaufofen und dem ersten Gefäß angeordneten Rüssel zum Durchleiten und Einleiten des Metallbandes in die Schmelze im ersten Gefäß, mit einem zwischen den Gefäßen angeordneten Übergang zum Durchleiten des Metallbands, mit mindestens einer im zweiten Gefäß angeordneten Umlenkrolle zur Umlenkung und Ausleiten des Metallbandes aus dem zweiten Gefäß. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Schmelztauchbeschichten eines Metallbandes mit mindestens zwei Schichten, wobei das Metallband in einem Durchlaufofen hindurchgeleitet und erwärmt wird, das erwärmte Metallband durch einen in Laufrichtung des Metallbandes hinter dem Durchlaufofen angeordneten Rüssel durchgeleitet und in ein erstes mit einer Schmelze gefülltes Gefäß eingeleitet wird und das Metallband mit einer ersten Schicht beschichtet wird, das mit einer ersten Schicht beschichtete Metallband durch einen Übergang geleitet und in mindestens ein zweites mit einer Schmelze gefülltes Gefäß eingeleitet wird und mit einer zweiten Schicht beschichtet wird, das mit der zweiten Schicht beschichtete Metallband über mindestens eine Umlenkrolle umgelenkt und aus der Schmelze in dem zweiten Gefäß ausgeleitet wird.
    • Technischer Hintergrund
  • Verfahren und Vorrichtungen zum Schmelztauchbeschichten von Metallbändern mit zwei Schichten chemisch unterschiedlicher Zusammensetzung sind aus dem Stand der Technik bekannt, vgl. zum Beispiel DE 10 2013 101 131 A1 , DE 10 2013 101 132 A1 und DE 10 2013 101 134 B3 . Die aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen zum Schmelztauchbeschichten eines Metallbandes mit einem zwei unterschiedlichen Beschichtungen respektive zur Einstellung eines Beschichtungsgradienten mittels artgleichen Beschichtungszusammensetzungen wird durch zwei jeweils mit einer Schmelze gefüllten Gefäße geleitet und nacheinander beschichtet, wobei eine Trennung der jeweiligen Schmelzen untereinander durch einen relativ einfach ausgebildeten konusförmigen Übergang zwischen dem ersten Gefäß und dem zweiten Gefäß derart erfolgt, dass während des Beschichtungsbetriebs das den Übergang durchlaufende Metallband mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit betrieben wird, so dass innerhalb des konusförmigen Übergangs Verwirbelungen der Schmelze entstehen und dadurch ein Umwälzen der Schmelze innerhalb des konusförmigen Übergangs erfolgt, wodurch ein Austreten der Schmelze aus dem Übergang mit einem in Richtung des Ausgangs verjüngenden Querschnitts in das zweite Gefäß im Wesentlichen verhindert wird. Ein Austreten der Schmelze aus dem ersten Gefäß bzw. ein Durchmischen der Schmelzen kann im Wesentlichen nur bei konstanter Betriebsweise mit hohen Bandgeschwindigkeiten realisiert werden. Nachteilig können sich Betriebsschwankungen beispielsweise durch schwankende Bandgeschwindigkeiten respektive geringe Bandgeschwindigkeiten auswirken. In Bezug auf den Stand der Technik besteht weiterer Optimierungsbedarf.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Schmelztauchbeschichten eines Metallbandes, insbesondere eines Stahlbandes mit mindestens zwei Schichten bereitzustellen, mit welcher bzw. mit welchem bei schwankenden Betriebsbedingungen respektive bei geringen Bandgeschwindigkeiten ein betriebssicherer Beschichtungsprozess sichergestellt werden kann.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den nachgeordneten Ansprüchen aufgeführt.
  • Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zum Schmelztauchbeschichten eines Metallbandes mit mindestens zwei Schichten, mit einem Durchlaufofen zum Durchleiten und Erwärmen des Metallbandes, mit einem in Laufrichtung des Metallbandes hinter dem Durchlaufofen angeordneten ersten mit einer Schmelze gefüllten Gefäß und mit mindestens einem zweiten mit einer Schmelze gefüllten Gefäß, mit einem zwischen dem Durchlaufofen und dem ersten Gefäß angeordneten Rüssel zum Durchleiten und Einleiten des Metallbandes in die Schmelze im ersten Gefäß, mit einem zwischen den Gefäßen angeordneten Übergang zum Durchleiten des Metallbandes, mit mindestens einer im zweiten Gefäß angeordneten Umlenkrolle zur Umlenkung und Ausleiten des Metallbandes aus dem zweiten Gefäß, wobei an dem Übergang mindestens ein elektromagnetisches Mittel angeordnet ist, vorgesehen.
  • Die Erfinder haben festgestellt, dass durch das Anordnen mindestens eines elektromagnetischen Mittels, insbesondere mindestens eines Induktors am Übergang ein Verschließen des Übergangs respektive des Ausgangsbereichs des Übergangs effektiv bewirkt werden kann, so dass ein Austreten der Schmelze aus dem ersten Gefäß über den Übergang und somit ein Durchmischen der Schmelzen verhindert werden kann, unabhängig von der Betriebsweise respektive von der Bandgeschwindigkeit entkoppelt. Die Schmelze in dem ersten Gefäß respektive in dem Übergang, welcher insbesondere mit dem Gefäß verbunden ist, ist eine metallische Schmelze, beispielsweise besteht sie aus Zink oder einer Zinklegierung oder aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Das elektromagnetische Mittel, insbesondere wenn mindestens zwei elektromagnetische Mittel jeweils parallel zur Oberfläche des Metallbands angeordnet sind, erzeugt bzw. erzeugen durch Beaufschlagen eines Stroms ein magnetisches Wechselfeld, welches im Wesentlichen die im Übergang befindliche Schmelze derart beeinflusst, dass entgegen der Schwerkraft ein Absinken der Schmelze effektiv verhindert wird. Das magnetische Wechselfeld ist vorzugsweise individuell und an die jeweils eingesetzte bzw. verwendete metallische Schmelze einstellbar.
  • Um eine Beschädigung des oder der elektromagnetischen Mittel im Wesentlichen zu vermeiden, sind gemäß einer Ausführung der Vorrichtung das oder die elektromagnetischen Mittel eingehaust. Das oder die elektromagnetischen Mittel können insbesondere auch zusätzlich mediendicht eingehaust sein, d. h. dass ein Betrieb der elektromagnetischen Mittel durch ein Eintauchen bzw. Einlassen in einer Schmelze unbeschadet erfolgen kann.
  • Gemäß einer Ausführung der Vorrichtung mündet der Übergang zumindest abschnittsweise in dem zweiten Gefäß, insbesondere taucht der Übergang zumindest abschnittsweise in die Schmelze im zweiten Gefäß ein. Dadurch kann insbesondere sichergestellt werden, dass das Metallband die beiden Gefäße durchläuft, ohne der Atmosphäre respektive der Umgebung ausgesetzt zu werden, so dass kein Kontakt insbesondere mit Sauerstoff erfolgen kann, welcher die Oberfläche des Metallbandes, insbesondere die Oberfläche des mit der ersten Schicht beschichteten Metallbandes negativ beeinflussen würde.
  • Um den Bauraum möglichst klein zu halten, ist gemäß einer weiteren Ausführung der Vorrichtung das erste Gefäß zumindest abschnittsweise im zweiten Gefäß angeordnet. Aufgrund des geringen Bauraums können beispielsweise auch bestehende, herkömmliche Schmelzbeschichtungsanlagen mit mindestens einem zweiten Gefäß mit einem Übergang und mindestens einem an dem Übergang angeordneten elektromagnetischen Mittel nachgerüstet werden. Insbesondere kann das erste Gefäß derart im zweiten Gefäß angeordnet sein, dass das Niveau der Schmelze im ersten Gefäß dem Niveau der Schmelze im zweiten Gefäß entspricht. Gemäß einer weiteren Ausführung der Vorrichtung ist der Übergang senkrecht oder winklig zur Horizontalen ausgeführt.
  • Gemäß einer weiteren Ausführung der Vorrichtung ist mindestens ein Verlängerungsstück vorgesehen, durch welches das Metallband durchleitbar ist, welches mit dem Übergang des ersten Gefäßes oder mit dem ersten Gefäß unmittelbar verbunden ist, wobei insbesondere das Verlängerungsstück zumindest abschnittsweise in dem zweiten Gefäß mündet. Insbesondere taucht das Verlängerungsstück zumindest abschnittsweise in die Schmelze im zweiten Gefäß ein.
  • Gemäß einer weiteren Ausführung der Vorrichtung ist mindestens ein drittes mit einer Schmelze gefülltes Gefäß vorgesehen, welches insbesondere in Laufrichtung des Metallbandes zwischen dem ersten und dem zweiten Gefäß angeordnet ist, insbesondere das dritte Gefäß einen Übergang aufweist und/oder mit einem Übergang verbunden ist, wobei insbesondere an dem Übergang mindestens ein elektromagnetisches Mittel angeordnet ist. Diese Ausführung ermöglicht die Beschichtung eines Metallbandes mit mindestens drei Schichten. Durch das Anordnen mindestens eines elektromagnetischen Mittels, insbesondere mindestens eines Induktors am Übergang des dritten Gefäßes kann ein Verschließen des Übergangs respektive des Ausgangsbereichs des Übergangs effektiv bewirkt werden, so dass ein Austreten der Schmelze aus dem dritten Gefäß über den Übergang verhindert werden kann.
  • Gemäß einer Ausführung der Vorrichtung ist mindestens ein Heizmittel vorgesehen, welches insbesondere in Laufrichtung des Metallbandes zwischen dem ersten und zweiten Gefäß oder zwischen dem ersten und dritten Gefäß und/oder zwischen dem dritten und zweiten Gefäß angeordnet ist. Das Vorsehen mindestens eines Heizmittels vorzugsweise mindestens zweier Heizmittel, welche jeweils parallel zur Oberfläche des Metallbandes angeordnet sein können, kann eine Wärmebehandlung an dem mit einer ersten Schicht und/oder einer weiteren Schicht beschichteten Metallband durchgeführt werden, um in vorteilhafterweise eine stabile Schicht respektive Zwischenschicht auf dem Metallband auszubilden, welche für eine nachfolgende Beschichtung mit einer weiteren Schicht bereit ist. Bei dem Einsatz eines Stahlbandes als Metallband führt die Wärmebehandlung in Abhängigkeit von Temperatur und Zeit zu einem Stoffstrom respektive zu einer Stoffdiffusion, wobei insbesondere Eisen aus dem Stahlband in die beschichtete Schicht diffundieren und diese stabilisieren kann.
  • Gemäß einer Ausführung der Vorrichtung ist mindestens ein Verlängerungsstück vorgesehen, durch welches das Metallband durchleitbar ist, welches mit dem Übergang des ersten Gefäßes oder mit dem ersten Gefäß unmittelbar verbunden ist, wobei insbesondere das Verlängerungsstück zumindest abschnittsweise in dem dritten Gefäß mündet, und wobei mindestens ein Verlängerungsstück vorgesehen ist, durch welches das Metallband durchleitbar ist, welches mit dem Übergang des dritten Gefäßes oder mit dem dritten Gefäß unmittelbar verbunden ist, wobei insbesondere das Verlängerungsstück zumindest abschnittsweise in dem zweiten Gefäß mündet.
  • Gemäß einer Ausführung der Vorrichtung ist das Heizmittel im und/oder an dem Verlängerungsstück angeordnet. Vorzugsweise ist das Heizmittel im Verlängerungsstück an beiden Seiten im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des Metallbandes angeordnet und insbesondere als induktives Heizmittel ausgeführt. Mittels Induktion lässt sich schnell und effektiv das mit einer Schicht beschichtete Metallband erwärmen bzw. auf eine vordefinierte Temperatur erwärmen, um insbesondere durch einen Stoffstrom/Stoffdiffusion von chemischen Elementen aus dem Metallband eine stabile Schicht auf dem Metallband ausbilden zu können.
  • Gemäß einer Ausführung sind mindestens zwei Umlenkrollen in dem zweiten Gefäß angeordnet. Insbesondere in Abhängigkeit von der Richtung des Einritts des Metallbandes in das mit einer Schmelze gefüllte zweite Gefäß können bei einem lotrechten Eintritt eine erste Umlenkrolle zur Aufnahme des eintretenden Metallbandes und Umlenkung um in etwa 90° sowie eine zweite Umlenkrolle zur Aufnahme des von der ersten Umlenkrolle umgelenkten Metallbandes und Umlenkung des Metallbandes um in etwa weitere 90° zum Ausleiten des Metallbandes aus dem zweiten Gefäß in dem zweiten Gefäß vorgesehen sein. Diese Aufgabe kann alternativ je nach Bauraum/Ausführung auch nur von einer Umlenkrolle im zweiten Gefäß übernommen werden.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den nachgeordneten Ansprüchen aufgeführt.
  • Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Schmelztauchbeschichten eines Metallbandes mit mindestens zwei Schichten, insbesondere mit einer vorgenannten erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei das Metallband in einem Durchlaufofen hindurchgeleitet und erwärmt wird, das erwärmte Metallband durch einen in Laufrichtung des Metallbandes hinter dem Durchlaufofen angeordneten Rüssel durchgeleitet und in ein erstes mit einer Schmelze gefülltes Gefäß eingeleitet wird und das Metallband mit einer ersten Schicht beschichtet wird, das mit einer ersten Schicht beschichtete Metallband durch einen Übergang geleitet und in mindestens ein zweites mit einer Schmelze gefülltes Gefäß eingeleitet wird und mit einer zweiten Schicht beschichtet wird, das mit der zweiten Schicht beschichtete Metallband über mindestens eine Umlenkrolle umgelenkt und aus der Schmelze in dem zweiten Gefäß ausgeleitet wird, wobei mindestens ein elektromagnetisches Mittel am Übergang angeordnet ist, welches den Übergang verschließt, so dass ein Austritt der Schmelze aus dem ersten Gefäß über den Übergang verhindert wird, vorgesehen.
  • Um Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die vorteilhaften Ausführungen der Vorrichtung verwiesen.
  • Gemäß einer Ausführung des Verfahrens unterscheidet sich die Schmelze chemisch im ersten Gefäß von der Schmelze im zweiten Gefäß. Die Schmelze im dritten Gefäß kann sich auch von den Schmelzen im ersten und zweiten Gefäß unterscheiden. Sind die Schmelzen beispielsweise artgleich, insbesondere Zink- oder Aluminiumlegierungen, können durch einzelne Legierungsbestandteile, die in den jeweiligen Schmelzen mit unterschiedlichen Anteilen vorhanden oder auch nicht vorhanden sein können, entsprechende Gradienten in den einzelnen Schichten der Beschichtungen eingestellt bzw. ausgebildet werden.
  • Gemäß einer Ausführung des Verfahrens wird das Metallband senkrecht in das erste und/oder zweite Gefäß eingeleitet.
  • Gemäß einer Ausführung des Verfahrens wird das mit einer ersten Schicht beschichtete Metallband durch einen Übergang geleitet und in mindestens ein drittes mit einer Schmelze gefülltes Gefäß eingeleitet und mit einer dritten Schicht beschichtet, bevor es in mindestens ein zweites mit einer Schmelze gefülltes Gefäß eingeleitet und mit einer zweiten Schicht beschichtet wird.
  • Gemäß einer Ausführung des Verfahrens wird das mit der ersten Schicht beschichtete Metallband erwärmt wird, um insbesondere durch einen Stoffstrom/Stoffdiffusion von chemischen Elementen aus dem Metallband eine stabile Schicht auf dem Metallband auszubilden, bevor es mit der dritten und/oder zweiten Schicht beschichtet wird.
  • Gemäß einer Ausführung des Verfahrens können die Schmelzen in dem ersten, zweiten und/oder dritten Gefäß unterschiedliche Schmelzbadtemperaturen aufweisen. Dies ist insbesondere in Hinblick auf die Benetzbarkeit und die Haftung bei der Beschichtung von hochlegierten Metallen, vorzugsweise von hochlegierten Stählen vorteilhaft, da hochlegierte Metalle, vorzugsweise hochlegierte Stähle oftmals Fehlstellen in der Legierungsschicht bei konventioneller Beschichtung, insbesondere bei konventioneller Schmelzbadtemperatur, aufweisen. Es hat sich gezeigt, dass höhere Schmelzbadtemperaturen die Bildung einer geschlossenen Legierungsschicht verstärken respektive begünstigen. Bei zwei oder mehreren zu durchlaufenden Gefäßen mit unterschiedlich temperierten Schmelzen kann die in Durchlaufrichtung gesehen die erste Schmelze ein deutlich höheres Temperaturniveau aufweisen, als die eigentliche Schmelze, die konventionell temperiert und zur eigentlichen Beschichtung vorgesehen ist. Vorzugsweise weist die erste Schmelze eine im Vergleich zur zweiten und/oder dritten Schmelze höhere Temperatur auf, wobei die Differenz insbesondere mindestens 10 K, vorzugsweise mindestens 17 K, besonders bevorzugt mindestens 24 K beträgt. Mit geringerer Temperatur der zweiten und/oder dritten Schmelze im Vergleich zur ersten Schmelze sinkt insbesondere die Löslichkeit des Eisens bei den Stählen, so dass die Neigung zur Schlackenbildung in der Schmelze sinkt. Vorzugsweise wird bei Auslegung der bzw. des Gefäßes, welches mit Schmelzen mit einem höheren Temperaturniveau beaufschlagt wird, das Volumen der Schmelze, insbesondere der ersten, höhertemperierten Schmelze kleiner ausgewählt als die Gefäße für die weiteren Schmelzen, so dass die Schlackenbildung insgesamt geringer ausfällt.
  • Alternativ oder kumulativ können gemäß einer Ausführung des Verfahrens im Rüssel und in den Übergängen vor beziehungsweise zwischen den Gefäßen gleiche oder unterschiedliche Atmosphären eingestellt werden. Beispielsweise können auch unterschiedliche Taupunkte eingestellt werden.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Teile sind stets mit gleichen Bezugszeichen versehen. Im Einzelnen zeigen:
    • Fig. 1)
    eine schematische Darstellung einer Vorrichtung nach dem Stand der Technik,
    Fig. 2)
    eine schematische Darstellung einer Vorrichtung nach einer ersten erfindungsgemäßen Ausführung,
    Fig. 3)
    eine schematische Darstellung einer Vorrichtung nach einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführung,
    Fig. 4)
    eine schematische Darstellung einer Vorrichtung nach einer dritten erfindungsgemäßen Ausführung,
    Fig. 5)
    eine schematische Darstellung einer Vorrichtung nach einer vierten erfindungsgemäßen Ausführung,
    Fig. 6)
    eine schematische Darstellung einer Vorrichtung nach einer fünften erfindungsgemäßen Ausführung und
    Fig. 7)
    drei unterschiedliche Schliffbilder von unterschiedlich beschichteten Metallbändern.
    Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • In Figur 1 ist eine schematische Vorrichtung gezeigt, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Vorrichtung eignet sich zum Schmelztauchbeschichten eines Metallbandes (1), vorzugsweise eines Stahlbandes (1) mit zwei Schichten, mit einem nicht dargestellten Durchlaufofen zum Durchleiten und Erwärmen des Metallbandes (1), mit einem in Laufrichtung des Metallbandes hinter dem Durchlaufofen angeordneten ersten mit einer Schmelze (11.1) gefüllten Gefäß (11) und mit mindestens einem zweiten mit einer Schmelze (12.1) gefüllten Gefäß (12), mit einem zwischen dem Durchlaufofen und dem ersten Gefäß (11) angeordneten Rüssel (13) zum Durchleiten und Einleiten des Metallbandes (1) in die Schmelze (11.1) im ersten Gefäß (11), mit einem zwischen den Gefäßen (11, 12) angeordneten Übergang (11.2) zum Durchleiten des Metallbands (1), mit einer im zweiten Gefäß (12) angeordneten Umlenkrolle (15) zur Umlenkung und Ausleiten des Metallbandes (1) aus dem zweiten Gefäß (12). Das Metallband (1) wird über zwei jeweils mit einer Schmelze (11.1, 12.1) gefüllte Gefäße (11, 12) geleitet und nacheinander beschichtet, wobei eine Trennung der jeweiligen Schmelzen (11.1, 12.1) untereinander durch einen relativ einfach ausgebildeten konusförmigen Übergang (11.2) zwischen dem ersten Gefäß (11) und dem zweiten Gefäß (12) derart erfolgt, dass während des Beschichtungsbetriebs das den Übergang (11.2) durchlaufende Metallband (1) mit einer ausreichend hohen Bandgeschwindigkeit betrieben wird, so dass innerhalb des konusförmigen Übergangs (11.2) Verwirbelungen (11.3) in der Schmelze (11.1) entstehen, die ein Austreten der Schmelze (11.1) aus dem Übergang (11.2) mit einem in Richtung des Ausgangs verjüngenden Querschnitts in das zweite Gefäß (12) im Wesentlichen verhindern. Im zweiten Gefäß können zusätzliche Stabilisierungsrollen (16) angeordnet sein, welche insbesondere das Metallband (1) beim Austritt aus der Schmelze (12.1) in dem zweiten Gefäß (12) stabilisieren und einen ruhigen Bandlauf bewirken, insbesondere in Verbindung mit oberhalb des zweiten Gefäßes jeweils auf beiden Seiten des austretenden Metallbandes (1) angeordneten Abstreifdüsen (19) zur Einstellung der Schichtdicke auf dem Metallband (1), vorzugsweise zur Einstellung einer konstanten Schichtdicke.
  • Figur 2 zeigt im Unterschied zur Figur 1 eine Vorrichtung (10) gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführung mit mindestens einem am Übergang (11.2) des ersten Gefäßes (11) angeordneten elektromagnetischen Mittel (14), um einen betriebssicheren Beschichtungsprozess auch bei schwankenden Betriebsbedingungen respektive bei geringen Bandgeschwindigkeiten sicherzustellen. Das elektromagnetische Mittel (14), insbesondere die mindestens zwei elektromagnetischen Mittel (14) sind jeweils im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des Metallbandes (1) angeordnet. Insbesondere sind die Mittel (14) außerhalb des Übergangs (11.2) angeordnet bzw. installiert. Der Übergang (11.2) ist konusförmig und winklig zur Horizontalen ausgeführt. Der Übergang (11.2) kann als separates Bauteil ausgeführt und mit dem ersten Gefäß (11) verbunden sein oder integral und einstückig mit dem ersten Gefäß (11) ausgebildet sein. Die elektromagnetischen Mittel (14) sind mediendicht eingehaust, da sie sich in der Schmelze (12.1) im zweiten Gefäß (12) befinden.
  • Figur 3 zeigt im Unterschied zur Figur 2 eine Vorrichtung (10) gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführung mit einem Übergang (11.2), welcher einen in Längsrichtung im Wesentlichen konstanten Querschnitt aufweist und winklig zur Horizontalen ausgeführt ist, insbesondere mit im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des Metallbandes (1) verlaufende Seitenteile, und insbesondere mindestens zwei am Übergang (11.2) angeordnete elektromagnetischen Mittel (14). Insbesondere sind die elektromagnetischen Mittel (14) außerhalb des Übergangs (11.2) angeordnet bzw. installiert. Der Übergang (11.2) kann als separates Bauteil ausgeführt und mit dem ersten Gefäß (11) verbunden sein oder integral und einstückig mit dem ersten Gefäß (11) ausgebildet sein. Die elektromagnetischen Mittel (14) sind mediendicht eingehaust, da sie sich in der Schmelze (12.1) im zweiten Gefäß (12) befinden. Die Einhausung ist beispielhaft mit (20) gekennzeichnet.
  • Figur 4 zeigt im Unterschied zur Figur 3 eine Vorrichtung (10) gemäß einer dritten erfindungsgemäßen Ausführung mit einem Übergang (11.2), welcher einen in Längsrichtung im Wesentlichen konstanten Querschnitt aufweist und senkrecht bzw. vertikal zur Horizontalen ausgeführt ist, insbesondere mit im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des Metallbandes (1) verlaufende Seitenteile, und insbesondere mindestens zwei am Übergang (11.2) angeordnete elektromagnetische Mittel (14). Insbesondere sind die elektromagnetischen Mittel (14) außerhalb des Übergangs (11.2) angeordnet bzw. installiert. Der Übergang (11.2) kann als separates Bauteil ausgeführt und mit dem ersten Gefäß (11) verbunden sein oder integral und einstückig mit dem ersten Gefäß (11) ausgebildet sein. Die elektromagnetischen Mittel (14) können eingehaust sein. Das Metallband (1) tritt lotrecht durch das erste mit einer Schmelze (11.1) gefüllte Gefäß (11) und lotrecht in das mit einer Schmelze (12.1) gefüllte zweite Gefäß (12) ein, wird über eine erste Umlenkrolle (15) zur Aufnahme des eintretenden Metallbandes (1) und Umlenkung um in etwa 90° sowie eine zweite Umlenkrolle (15) zur Aufnahme des von der ersten Umlenkrolle (15) umgelenkten Metallbandes (1) und Umlenkung des Metallbandes (1) um in etwa weitere 90° zum Ausleiten des Metallbandes (1) aus dem zweiten Gefäß (12) geführt. Der Übergang (11.2) mündet zumindest abschnittsweise in dem zweiten Gefäß (12). Mit anderen Worten taucht der Übergang (11.2) zumindest abschnittsweise, insbesondere der auslassseitige Bereich in die Schmelze (12.1) im zweiten Gefäß (12) ein, um einen Kontakt des Metallbandes (1) mit dem Sauerstoff in der Atmosphäre zu vermeiden.
  • Figur 5 zeigt im Unterschied zur Figur 4 eine Vorrichtung (10) gemäß einer vierten erfindungsgemäßen Ausführung, wobei mindestens ein drittes mit einer Schmelze (17.1) gefülltes Gefäß (17) vorgesehen ist, welches insbesondere in Laufrichtung des Metallbandes (1) zwischen dem ersten Gefäß (11) und zweiten Gefäß (12) angeordnet ist. Das dritte Gefäß (17) weist einen Übergang (17.2) auf und/oder ist mit einem Übergang (17.2) verbunden, wobei an dem Übergang (17.2) mindestens ein elektromagnetisches Mittel (14) angeordnet ist. Das Metallband (1) wird in einem nicht dargestellten Durchlaufofen hindurchgeleitet und erwärmt. Das erwärmte Metallband (1) wird durch einen in Laufrichtung des Metallbandes (1) hinter dem Durchlaufofen angeordneten Rüssel (13) durchgeleitet und in ein erstes mit einer Schmelze (11.1) gefülltes Gefäß (11) eingeleitet bzw. durchgeleitet und mit einer ersten Schicht beschichtet. Das mit einer ersten Schicht beschichtete Metallband (1) wird durch den Übergang (11.2) geleitet und in ein drittes mit einer Schmelze (17.1) gefülltes Gefäß (17) eingeleitet bzw. durchgeleitet und mit einer dritten Schicht beschichtet. Das mit einer dritten Schicht beschichtete Metallband (1) wird durch den Übergang (17.2) geleitet bzw. durchgeleitet und in ein zweites mit einer Schmelze (12.1) gefülltes Gefäß (12) eingeleitet und mit einer zweiten Schicht beschichtet. Das mit der zweiten Schicht beschichtete Metallband (1) wird über zwei im zweiten Gefäß (12) angeordnete Umlenkrollen (15) umgeleitet und aus der Schmelze (12.1) in dem zweiten Gefäß (12) ausgeleitet. An den Übergängen (11.2, 17.2) des ersten und dritten Gefäßes (11, 17) sind jeweils elektromagnetische Mittel (14) zur elektromagnetischen Abdichtung der Gefäße (12, 17) respektive Übergänge (11.2, 17.2) angeordnet. Jeweils mindestens ein Verlängerungsstück (11.4, 17.4) sind vorgesehen, durch welche das Metallband (1) durchleitbar sind, welche jeweils mit den Übergangen (11.2, 17.2) des ersten und dritten Gefäßes (11, 17) oder jeweils mit dem ersten und dritten Gefäß (11, 17) unmittelbar verbunden sind, münden zumindest abschnittsweise in dem jeweiligen in Laufrichtung des Metallbandes (1) nachgeordneten Gefäß (17, 12), bedeutet, dass das Verlängerungsstück (11.4) zumindest abschnittsweise in die Schmelze (17.1) im dritten Gefäß (17) und das Verlängerungsstück (17.4) zumindest abschnittsweise in die Schmelze (12.1) im zweiten Gefäß (12) eintaucht, um einen Sauerstoffkontakt des Metallbandes (1) zwischen den Gefäßen (17, 12) zu vermeiden. Figur 6 zeigt im Unterschied zur Figur 4 eine Vorrichtung (10) gemäß einer fünften erfindungsgemäßen Ausführung, wobei mindestens ein Verlängerungsstück (11.4) vorgesehen ist, durch welches das Metallband (1) durchleitbar ist, welches mit dem Übergang (11.2) des ersten Gefäßes (11) oder mit dem ersten Gefäß (11) unmittelbar verbunden ist, mündet zumindest abschnittsweise im zweiten Gefäß (12) derart, dass das Verlängerungsstück (11.4) zumindest abschnittsweise in die Schmelze (12.1) im zweiten Gefäß (12) eintaucht, um einen Sauerstoffkontakt des Metallbandes (1) zwischen den Gefäßen (11, 12) zu vermeiden. Des Weiteren ist mindestens ein Heizmittel (18) vorgesehen, welches insbesondere in Laufrichtung des Metallbandes (1) zwischen dem ersten und zweiten Gefäß (11, 12), insbesondere im und/oder an dem Verlängerungsstück (11.4) angeordnet ist. Das Vorsehen mindestens eines Heizmittels (18) vorzugsweise mindestens zweier Heizmittel (18), welche jeweils im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des Metallbands (18) angeordnet und insbesondere als induktive Heizmittel (18) ausgeführt sein können, kann eine Wärmebehandlung an dem mit einer ersten Schicht und/oder einer weiteren Schicht beschichteten Metallband (1) durchgeführt werden, um in vorteilhafterweise eine stabile Schicht respektive Zwischenschicht auf dem Metallband (1) auszubilden. Bei dem vorzugsweisen Einsatz eines Stahlbandes (1) führt die Wärmebehandlung in Abhängigkeit von Temperatur und Zeit zu einem Stoffstrom respektive zu einer Stoffdiffusion, insbesondere diffundiert Eisen aus dem Stahlband (1) in die beschichtete Schicht und stabilisiert diese.
  • Figur 7 zeigt drei Schliffbilder von drei unterschiedlich beschichten Stahlbändern (1). Bei der Beschichtung eines Stahlbandes in einer herkömmlichen Schmelztauchbeschichtungsanlage mit einer Schicht aus einer Aluminiumlegierung, genauer gesagt aus einer Aluminiumschmelze mit ca. 10 Gew.-% Silizium, entsteht eine ca. 4 µm dicke Legierungsschicht (1.2) auf dem Stahlsubstrat (1.1) und oberhalb der Legierungsschicht (1.2) bildet sich eine Deckschicht (1.3) aus Aluminium und eingelagerten FeSi-Nadeln aus. Die Beschichtung ist aufgrund der relativ dünnen Legierungsschicht (1.2) ausreichend duktil und kann komplexen Umformprozesse unbeschadet unterzogen werden. Der Korrosionsschutz ist im Vergleich zu einer im Wesentlichen reinaluminiumhaltigen Beschichtung/Deckschicht weniger ausgeprägt, s. oberes Schliffbild.
  • Bei der Beschichtung eines Stahlbandes in einer herkömmlichen Schmelztauchbeschichtungsanlage mit einer Schicht aus Aluminium, genauer gesagt aus einer reinen Aluminiumschmelze, entsteht mangels fehlendem Silizium eine ca. 20 µm dicke Legierungsschicht (1.2) auf dem Stahlsubstrat (1.1) und oberhalb der Legierungsschicht (1.2) bildet sich eine Deckschicht (1.3) aus reinem Aluminium aus. Die Beschichtung ist aufgrund der relativ dicken Legierungsschicht (1.2) sehr spröde und eignet sich nicht für komplexe Umformprozesse. Die Beschichtung/Deckschicht besitzt einen hervorragenden Korrosionsschutz, s. mittleres Schliffbild.
  • Ein schmelztauchbeschichtetes Metallband (1), vorzugsweise Stahlband kann durch die erfindungsgemäße Vorrichtung respektive durch das erfindungsgemäße Verfahren betriebssicher umgesetzt werden, wenn beispielsweise im ersten Gefäß (11) eine Schmelze (11.1) aus einer Aluminiumlegierung mit in etwa 10 Gew.-% Silizium und im zweiten Gefäß (12) eine Schmelze (12.1) aus im Wesentlichen Reinaluminium bereitgestellt werden. Durch das kaskadierte Beschichten können die vorgenannten Vorteile vereint werden, d. h., dass sich eine relativ dünne Legierungsschicht (1.2) mit einer Dicke von ca. 4 µm und eine Deckschicht (1.3) aus Reinaluminium ohne FeSi-Nadeln ausbilden kann, wobei das mit mindestens zwei chemisch unterschiedlichen Schichten beschichtete Stahlband (1) aufgrund der relativ dünnen Legierungsschicht (1.2) komplex umgeformt werden kann und aufgrund der im Wesentlichen Reinaluminium-Deckschicht (1.3) einen hohen Korrosionsschutz aufweist.
  • Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungen beschränkt, sondern die einzelnen Merkmale sind beliebig miteinander kombinierbar. Auch Zink oder unterschiedliche Zinklegierungen sind als Schmelzen einsetzbar, insbesondere Zinklegierungen mit unterschiedlichen Gehalten an Magnesium und/oder Aluminium und/oder Nickel. Das zweite Gefäß (12) entspricht vorzugsweise einem konventionellen Feuerbeschichtungspott. Die jeweiligen Gefäße (11, 12, 17) werden entsprechend mit Beschichtungsstoffen (B1, B2, B3) insbesondere während des Betriebs bestückt. In Hinblick auf die Benetzbarkeit und die Haftung bei der Beschichtung von insbesondere hochlegierten Stählen können die Schmelzen (11.1, 12.1, 17.1) in den Gefäßen (11, 12, 17) unterschiedlich temperiert sein, wobei die erste Schmelze (11.1) ein deutlich höheres Temperaturniveau im Vergleich zur zweiten und/oder dritten Schmelze (12.1, 17.1) aufweist, wobei die Differenz insbesondere mindestens 10 K, vorzugsweise mindestens 17 K, besonders bevorzugt mindestens 24 K beträgt. Auch das Gefäß (11) für die erste Schmelze (11.1) kann kleiner dimensioniert sein als die Gefäße (12, 17) der zweiten und/oder dritten Schmelze (12.1, 17.1), wobei das Volumen der ersten Schmelze (11.1) im Vergleich zum Volumen der zweiten und/oder dritten Schmelze (12.1, 17.1) um mindestens 1/2, insbesondere um mindestens 1/3, vorzugsweise um mindestens 1/5 geringer sein kann, insbesondere um insgesamt die Schlackenbildung zu reduzieren. Auch können unterschiedliche Atmosphären insbesondere im Rüssel (13) und/oder in den Übergangsbereichen (11.2, 17.2) insbesondere auch in den Verlängerungsstücken (11.4, 17.4), beispielsweise unterschiedliche Taupunkte eingestellt werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Metallband, Stahlband
    1.1
    Stahlsubstrat
    1.2
    Legierungsschicht
    1.3
    Deckschicht
    10
    Vorrichtung
    11, 12, 17
    erstes, zweites, drittes Gefäß
    11.1, 12.1, 17.1
    Schmelze in erstem, zweitem, drittem Gefäß
    11.2, 17.2
    Übergang an erstem, drittem Gefäß
    11.3
    Verwirbelung
    11.4, 17.4
    Verlängerungsstück
    13
    Rüssel
    14
    elektromagnetische(s) Mittel, Induktor
    15
    Umlenkrolle(n)
    16
    Stabilisierungsrolle(n)
    18
    Heizmittel, Induktor
    19
    Abstreifdüsen
    20
    Einhausung
    B1, B2, B3
    Beschichtungsstoff

Claims (20)

  1. Vorrichtung (10) zum Schmelztauchbeschichten eines Metallbandes (1) mit mindestens zwei Schichten, mit einem Durchlaufofen zum Durchleiten und Erwärmen des Metallbandes (1), mit einem in Laufrichtung des Metallbandes (1) hinter dem Durchlaufofen angeordneten ersten mit einer Schmelze (11.1) gefüllten Gefäß (11) und mit mindestens einem zweiten mit einer Schmelze (12.1) gefüllten Gefäß (12), mit einem zwischen dem Durchlaufofen und dem ersten Gefäß (11) angeordneten Rüssel (13) zum Durchleiten und Einleiten des Metallbandes (1) in die Schmelze (11.1) im ersten Gefäß (11), mit einem zwischen den Gefäßen (11, 12) angeordneten Übergang (11.2) zum Durchleiten des Metallbands (1), mit mindestens einer im zweiten Gefäß (12) angeordneten Umlenkrolle (15) zur Umlenkung und Ausleiten des Metallbandes (1) aus dem zweiten Gefäß (12),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    an dem Übergang (11.2) mindestens ein elektromagnetisches Mittel (14) angeordnet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei mindestens zwei elektromagnetische Mittel (14) jeweils im Wesentlichen parallel zur Oberfläche des Metallbands (1) angeordnet sind.
  3. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei das oder die elektromagnetischen Mittel (14) eingehaust sind.
  4. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der Übergang (11.2) mit dem ersten Gefäß (11) verbunden ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei der Übergang (11.2) zumindest abschnittsweise in dem zweiten Gefäß (12) mündet.
  6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste Gefäß (11) zumindest abschnittsweise im zweiten Gefäß (12) angeordnet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste Gefäß (11) derart im zweiten Gefäß (12) angeordnet ist, dass das Niveau der Schmelze (11.1) im ersten Gefäß (11) dem Niveau der Schmelze (12.1) im zweiten Gefäß (12) entspricht.
  8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Übergang (11.2) senkrecht oder winklig zur Horizontalen ausgeführt ist.
  9. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei mindestens ein Verlängerungsstück (11.4) vorgesehen ist, durch welches das Metallband (1) durchleitbar ist, welches mit dem Übergang (11.2) des ersten Gefäßes (11) oder mit dem ersten Gefäß (11) unmittelbar verbunden ist, wobei insbesondere das Verlängerungsstück (11.4) zumindest abschnittsweise in dem zweiten Gefäß (12) mündet.
  10. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei mindestens ein drittes mit einer Schmelze (17.1) gefülltes Gefäß (17) vorgesehen ist, welches insbesondere in Laufrichtung des Metallbandes (1) zwischen dem ersten und zweiten Gefäß (11, 12) angeordnet ist, insbesondere das dritte Gefäß (17) einen Übergang (17.2) aufweist und/oder mit einem Übergang (17.2) verbunden ist, wobei insbesondere an dem Übergang (17.2) mindestens ein elektromagnetisches Mittel (14) angeordnet ist.
  11. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei mindestens ein Heizmittel (18) vorgesehen ist, welches insbesondere in Laufrichtung des Metallbandes (1) zwischen dem ersten und zweiten Gefäß (11, 12) oder zwischen dem ersten und dritten Gefäß (11, 17) und/oder zwischen dem dritten und zweiten Gefäß (17, 12) angeordnet ist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei mindestens ein Verlängerungsstück (11.4) vorgesehen ist, durch welches das Metallband (1) durchleitbar ist, welches mit dem Übergang (11.2) des ersten Gefäßes (11) oder mit dem ersten Gefäß (11) unmittelbar verbunden ist, wobei insbesondere das Verlängerungsstück (11.4) zumindest abschnittsweise in dem dritten Gefäß (17) mündet, und wobei mindestens ein Verlängerungsstück (17.4) vorgesehen ist, durch welches das Metallband (1) durchleitbar ist, welches mit dem Übergang (17.2) des dritten Gefäßes (17) oder mit dem dritten Gefäß (17) unmittelbar verbunden ist, wobei insbesondere das Verlängerungsstück (17.4) zumindest abschnittsweise in dem zweiten Gefäß (12) mündet.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei das Heizmittel (18) im und/oder an dem Verlängerungsstück (11.4, 17.4) angeordnet ist.
  14. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mindestens zwei Umlenkrollen (15) in dem zweiten Gefäß (12) angeordnet sind.
  15. Verfahren zum Schmelztauchbeschichten eines Metallbands (1) mit mindestens zwei Schichten, insbesondere mit einer Vorrichtung (10) nach einem der vorgenannten Ansprüche, wobei das Metallband (1) in einem Durchlaufofen hindurchgeleitet und erwärmt wird, das erwärmte Metallband (1) durch einen in Laufrichtung des Metallbandes (1) hinter dem Durchlaufofen angeordneten Rüssel (13) durchgeleitet und in ein erstes mit einer Schmelze (11.1) gefülltes Gefäß (11) eingeleitet wird und das Metallband (1) mit einer ersten Schicht beschichtet wird, das mit einer ersten Schicht beschichtete Metallband (1) durch einen Übergang (11.2) geleitet und in mindestens ein zweites mit einer Schmelze(12.1) gefülltes Gefäß (12) eingeleitet wird und mit einer zweiten Schicht beschichtet wird, das mit der zweiten Schicht beschichtete Metallband (1) über mindestens eine Umlenkrolle (15) umgelenkt und aus der Schmelze (12.1) in dem zweiten Gefäß (12) ausgeleitet wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    mindestens ein elektromagnetisches Mittel (14) am Übergang (11.2) angeordnet ist, welches den Übergang (11.2) verschließt, so dass ein Austritt der Schmelze (11.1) aus dem ersten Gefäß (11) über den Übergang (11.2) verhindert wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei sich die Schmelze (11.1) im ersten Gefäß (11) von der Schmelze (12.1) im zweiten Gefäß (12) chemisch unterscheidet.
  17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, wobei das Metallband (1) senkrecht in das erste und/oder zweite Gefäß (11, 12) eingeleitet wird.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei das mit einer ersten Schicht beschichtete Metallband (1) durch einen Übergang (11.2) geleitet und in mindestens ein drittes mit einer Schmelze (17.1) gefülltes Gefäß (17) eingeleitet wird und mit einer dritten Schicht beschichtet wird, bevor es in mindestens ein zweites mit einer Schmelze (12.1) gefülltes Gefäß (12) eingeleitet wird und mit einer zweiten Schicht beschichtet wird.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, wobei das mit der ersten Schicht beschichtete Metallband (1) erwärmt wird, bevor es mit der zweiten und/oder dritten Schicht beschichtet wird.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei die Schmelzen (11.1, 12.1, 17.1) unterschiedliche Schmelzbadtemperaturen aufweisen und/oder im Rüssel (13) und in den Übergängen (11.2, 17.2) vor beziehungsweise zwischen den Gefäßen (11, 12, 17) können gleiche oder unterschiedliche Atmosphären eingestellt werden.
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