EP3638823B1 - Rüssel für eine schmelztauchbeschichtungsanlage sowie verfahren für dessen betrieb - Google Patents

Rüssel für eine schmelztauchbeschichtungsanlage sowie verfahren für dessen betrieb Download PDF

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EP3638823B1
EP3638823B1 EP17751018.7A EP17751018A EP3638823B1 EP 3638823 B1 EP3638823 B1 EP 3638823B1 EP 17751018 A EP17751018 A EP 17751018A EP 3638823 B1 EP3638823 B1 EP 3638823B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
unit
blow
suction
trunk
snout
Prior art date
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Active
Application number
EP17751018.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3638823A1 (de
Inventor
Michael Peters
Sridhar Palepu
Marc Blumenau
Florian Spelz
Andreas WESTERFELD
Heinrich Meyring
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
ThyssenKrupp AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG, ThyssenKrupp AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Publication of EP3638823A1 publication Critical patent/EP3638823A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3638823B1 publication Critical patent/EP3638823B1/de
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/34—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the shape of the material to be treated
    • C23C2/36—Elongated material
    • C23C2/40—Plates; Strips
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/003—Apparatus
    • C23C2/0038—Apparatus characterised by the pre-treatment chambers located immediately upstream of the bath or occurring locally before the dipping process
    • C23C2/004—Snouts

Definitions

  • the present application describes a so-called "snout" construction as it is typically used in industrial practice as an essential part of a hot-dip or hot-dip coating system.
  • the flat metal product such as steel, which has previously been heat-treated in continuous flow, is transferred as a strip into a coating bath made of molten metal (e.g. Zn or Al-based alloys) via such a trunk, so that there is contact between the heat-treated surface and the ambient atmosphere is avoided.
  • molten metal e.g. Zn or Al-based alloys
  • a system for the continuous hot-dip coating of steel strip consists, among other things, of a continuous annealing furnace, a molten bath, a device for adjusting the coating thickness and a subsequent cooling device.
  • the steel strip is continuously annealed in the continuous furnace, the continuous furnace being divided into several chambers in which various treatments are carried out. These treatments include, for example, setting the desired mechanical properties of the base material through recrystallization of the steel. In addition, iron oxides formed in a preheating zone are reduced.
  • the strip is cooled under protective gas (HNX) to a temperature close to the melt bath temperature.
  • HNX protective gas
  • the protective gas is intended to prevent the annealed strip from oxidizing before the hot-dip coating, which would considerably impair the adhesion of the zinc layer, for example. Because of the different treatments, different gas atmospheres are sometimes required in the chambers.
  • the connecting piece or lock between the annealing furnace and the molten bath containing protective gas is called a trunk.
  • Coating faults represent a significant challenge for every operator of such a hot-dip coating system. It is known that metal evaporates from the liquid melt pool inside the trunk and can be deposited on the steel strip or the inner wall of the trunk, for example. This observation is reinforced when measures are used to generate a directed flow in the melt in the trunk, for example by using zinc pumps. Both can cause qualitative failures of the flat steel product to be produced, for example also due to the falling of condensed and agglomerated metal dust from the inner wall of the trunk onto the flat steel product.
  • Simple and established countermeasures are e.g. the targeted dewing of the trunk atmosphere to reduce the evaporation rate or the heating of the trunk.
  • the former has the negative side effect of increased slag formation on the melt pool surface or coating pool level, which also produces quality losses.
  • heating the trunk does not in itself prevent the presence of the metal dust, so that it can continue to be harmful to the process.
  • a device for removing zinc vapor in a trunk of a continuous galvanizing line is known.
  • the trunk is provided with injection openings (circulation openings) and suction openings arranged vertically below.
  • injection openings circulation openings
  • suction openings arranged vertically below.
  • a single injection opening and a single suction opening vertically below it are arranged in the trunk wall facing the upper side of the steel strip.
  • a single injection opening and a single suction opening vertically below it are also arranged.
  • a single injection opening is arranged in a side wall of the trunk, while two suction openings are provided vertically underneath, which are designed as longitudinal slots in tubes that penetrate the side wall of the trunk and extend over the entire top and bottom of the steel strip Extend steel belt width.
  • the disadvantage of such designs is insufficient sealing of the gas atmosphere with and without zinc dust. From industrial practice, it is also to be assessed as disadvantageous that there is no effective decoupling between the protective gas atmosphere of the trunk and the actual continuous furnace. Consequences are, for example, an increased Gas consumption of the furnace due to suction of the furnace atmosphere via the trunk or metal dust contamination of the furnace, if the suction in the trunk is too weak.
  • the invention is therefore based on the object of providing a device and method which effectively prevents the influence of neighboring gas atmospheres, in particular a separation of the trunk and furnace atmosphere to avoid unnecessary protective gas consumption or contamination of the furnace, as well as effectively quality losses due to metal dust caused by evaporation arises from the coating bath avoids. Further objects of the invention are a favorable manufacturability, a small space requirement and easy assembly or is suitable for the retrofitting of existing systems and can be realized with the least possible technical effort.
  • a trunk for a hot dip coating system for a flat product which extends from the exit of a continuous furnace into the melt below the coating bath level and isolates the flat product from the environment, with at least one suction unit and one blowing unit being provided and the at least one suction unit between the at least an injection unit and the coating bath level is arranged, characterized in that a pressure compensation unit is arranged between the injection unit and the outlet of the continuous furnace, and that a first pressure sensor at the outlet of the continuous furnace and a second pressure sensor are provided between the coating bath level and the pressure compensation unit.
  • Protective gas ideally N 2 or alternatively N 2 and H 2 for reasons of cost, is blown into the trunk through the injection unit at a temperature of ⁇ 500 ° C to ⁇ 650 ° C and sucked out again by the suction unit, causing it to form in the lower part of the trunk
  • a directed gas flow results on both sides of the steel strip to be produced.
  • This directed gas flow describes a vortex, starting from the injection unit, to the flat product, along the belt run in the direction of the coating bath level, which corresponds to the material flow direction, over the coating bath to the suction unit. This achieves a good seal against rising vapors from the melt and effectively extracts them.
  • both the trunk atmosphere and the furnace area near the transition to the trunk are pressure-monitored so that the amount of gas blown into the trunk and extracted can be controlled so that the difference between the pressure of the trunk atmosphere and the pressure of the furnace atmosphere is never ⁇ 0 mbar.
  • additional protective gas is blown into the trunk at a pressure compensation unit, the amount of protective gas to be injected here being regulated in such a way that no negative pressure arises in the trunk compared to the furnace.
  • Pressure equalization units are preferably provided on both sides of the flat product, which are designed the same or similar to the injection units.
  • Embodiments of a trunk according to the invention are characterized in that the suction unit is arranged at a distance of 50 mm to 200 mm from the coating bath level.
  • the suction unit for removing the trunk atmosphere contaminated with metal dust is, like the injection units, positioned transversely to the direction of the belt and acts at least over the maximum width of the flat product to be produced.
  • the suction unit is installed below the lower injection nozzle and above the coating bath level.
  • the distance to the coating bath is at least 50 mm, as there is a risk of premature failure if this distance is not reached, and is a maximum of 200 mm, as otherwise the effectiveness of the suction in a deficient area decreases because the desired gas vortex or the circulating flow is not possible forms sufficiently.
  • Embodiments of a trunk according to the invention are further characterized in that the injection unit is arranged at a distance of 200mm to 800mm from the coating bath level, or more precisely that the distance between suction unit and injection unit is a maximum of 750mm.
  • a necessary minimum distance between Injection unit and suction unit result only from their structural design.
  • the maximum distance is 750 mm, since if this distance is exceeded, only a lack of effectiveness is achieved because the vortex flow that forms deteriorates.
  • proboscis according to the invention are characterized in that a dew point unit is provided, via which humidified protective gas can be supplied for dew point control.
  • a dew point unit is provided, via which humidified protective gas can be supplied for dew point control.
  • the dew point can be monitored and adjusted by adding, for example, humidified protective gas.
  • the moisture reduces the evaporation rate from the coating bath.
  • the dew point unit is arranged between the coating bath level and the suction unit.
  • the added moisture supports the agglomeration of the metal dust particles, so that the suction result is improved. So an addition at this point is most effective.
  • Trunks according to the invention are characterized in further embodiments that the at least one injection unit and one suction unit on both sides of the flat product each extend over the transverse extent of the trunk on opposite walls, that the injection units are provided directly opposite one another, that the injection units each have at least two rows a plurality of slot nozzles with intervening interruptions, the slot nozzles of the rows are arranged offset to one another, and wherein the interruptions are shorter than the slot nozzles of the adjacent row so that the slot nozzles of the rows overlap in the material flow direction, and that the slot nozzles of an injection unit each have one Interruption of the opposite injection unit is opposite.
  • the injection units lie on both sides of the flat product guided through the trunk, preferably a continuous material web, such as steel strip.
  • the slot nozzles Due to the arrangement in rows and the interruptions in the rows, the slot nozzles can be used optimally, since the jet expansion of the protective gas flows emerging from neighboring slot nozzles does not interfere with one another and the arrangement forms a closed gas curtain. Due to the offset arrangement of the slot nozzles of an injection unit in relation to the slot nozzles or interruptions in the opposite injection unit, the Lock where the blown gas flows meet, a tight gas curtain. In this way, a very good separation of the gas atmospheres is also achieved outside the material web.
  • the suction units have main openings provided over the transverse extent, the main openings being aligned in the direction of material flow in order to generate a circulating flow.
  • the main openings are thus on the side facing away from the injection unit, which promotes entrainment of the injected gas in the direction of the material flow and the gas atmosphere is circulated. In this way, for example, zinc dust in a proboscis can also be sucked off and then filtered in order to obtain a largely "clean" gas atmosphere.
  • the injection units and suction units are each connected to at least one centered line for supplying and removing gas. In this way, the fluidic conditions can be kept largely the same over the width of the injection and extraction units.
  • the main openings have a greater height in the area of the centered line. Such a design keeps the flow conditions more uniform across the width, which improves the suction effect.
  • the suction units comprise additional openings which are oriented perpendicular to the direction of material flow. These additional openings improve the pressure conditions in the trunk and reduce the flow velocities at the openings of the suction unit, which has advantages in terms of noise and wear.
  • the slot nozzles are characterized in that the slot nozzles have a width b, that the distance a between the rows is in the range of b ⁇ a ⁇ 2 ⁇ b, and that the overlap u of the slot nozzles in the material flow direction is in the range of b ⁇ u ⁇ 3 ⁇ b, where additionally a ⁇ u.
  • the slot nozzles In order to achieve the best possible separation of the gas atmospheres, the slot nozzles must not be too far apart. It has been shown here that there is a minimum distance based on the width of the slot nozzles Good results are obtained between the rows with the same width and if the distance is more than twice the width, the risk of poor separation increases.
  • Preferred versions of the trunk are characterized in that the slot nozzles have a length l in the transverse direction, the length l being in the range of 20 ⁇ b ⁇ l ⁇ 50 ⁇ b, preferably in the range of 30 ⁇ b ⁇ l ⁇ 35 ⁇ b .
  • the injection units and / or suction units are divided into a plurality of sections in the transverse direction, each section comprising its own centered line for supplying or removing protective gas.
  • each section comprising its own centered line for supplying or removing protective gas.
  • Versions of the trunk are characterized in that the injection units and / or suction units have a semicircular cross section. Rounded cross-sections have geometries that are advantageous in terms of flow. Furthermore, the cross section of the trunk to be sealed is reduced by an injection or suction unit placed on the trunk wall.
  • the method according to the invention is characterized in that a suction amount greater than the amount injected by at least 50 Nm 3 / h is extracted. This ensures that a stable vortex flow is formed in the lower area of the trunk and that any metal dust is reliably extracted.
  • Method according to embodiments of the invention are characterized in that the compensation amount is regulated on the basis of the difference between a first pressure sensor at the outlet of the continuous furnace and a second pressure sensor between the coating bath level and the pressure compensation unit, and that the difference is in a range of greater than 0 mbar, preferably greater than 0.1 mbar , down to 0.7 mbar.
  • This largely prevents a negative pressure from developing in the trunk compared to the pressure prevailing in the continuous furnace, which prevents the furnace atmosphere from being drawn off.
  • the same pressure is sufficient; a pressure difference of 0.1 mbar has been shown to be practicable as a control variable for the lower threshold. 0.3 mbar or 0.5 mbar have proven to be favorable as the upper limit of the regulation.
  • the pressure difference is below 0.2 mbar. If the pressure difference is too low, the overpressure in the trunk presses the trunk atmosphere into the continuous furnace, which has a negative impact on the furnace atmosphere.
  • Embodiments of the method according to the invention are characterized in that the protective gas is blown in at a temperature of 500.degree. C. to 650.degree.
  • the flat product is brought or kept at a bath immersion temperature in order not to disturb the temperature control or heat treatment of the materials and to avoid condensation of constituents of the trunk atmosphere.
  • Methods according to the invention are further characterized in that nitrogen or a nitrogen-based mixture is used as the protective gas.
  • nitrogen offers cost advantages.
  • Embodiments of the method according to the invention are characterized in that hydrogen is added to the protective gas in a range from 0.5% by volume to 10% by volume. This measure is provided in particular if a limit value of 10 ppm for the oxygen content in the trunk is exceeded.
  • the targeted addition of hydrogen (H 2 ) (e.g. via the injection unit) can be selected if the oxygen (O 2 ) concentration in the trunk exceeds> 10 ppm. Otherwise there is a risk of deterioration in product quality due to unwetted areas or poor zinc adhesion on the steel strip to be produced.
  • H 2 feedpoint of the H 2 content is ideally ⁇ 0.5% by volume to ⁇ 10.0% by volume to ensure an effective action to avoid unnecessary but costs.
  • Method according to embodiments of the invention are characterized in that the dew point in the trunk is set to a range from -10 ° C to -40 ° C. It has proven to be advantageous for the product quality to set a dew point of ⁇ -10 ° C to ⁇ -40 ° C in the trunk, depending on the steel alloy to be produced, which can be done via a regulated supply of humidified protective gas (e.g. N 2 ) .
  • the inventive solution provides that the humidified protective gas is fed in directly above the coating bath level and below the suction device. The added moisture supports the agglomeration of the metal dust particles, so that the suction result is improved. Furthermore, the moisture reduces the evaporation rate from the coating bath.
  • FIG. 1 Further embodiments of the method according to the invention are characterized in that at least part of the suction quantity is cleaned in a cleaning unit and is fed back to the injection unit, compensation unit and / or the continuous furnace as protective gas.
  • the suctioned, contaminated with metal dust, proboscis atmosphere be freed from metal dust and fed back to the inventive inert gas injection.
  • the continuous furnace of the coating system itself is an alternative source of energy.
  • the cleaning can take place, for example, using a cold trap, a cyclone separator or a filter device, or a combination of these options.
  • a dilution may be necessary in order to meet the applicable occupational safety and explosion protection requirements.
  • trunk is heated or at least insulated in order to minimize metal dust deposition on the inner wall of the trunk corresponds to the state of the art and is taken for granted.
  • Fig. 1 shows a schematic side view of an embodiment of a trunk (9).
  • the trunk (9) extends from the exit of a continuous furnace (10) into the melt (13) of a coating bath.
  • the flat product (11) to be coated is fed from the continuous furnace (10) through the trunk (9) into the melt (13).
  • the guiding of the flat product (11) through the continuous furnace (10) and the melt (13) is not shown here.
  • the trunk (9) extends to below the coating bath level (12).
  • the trunk (9) In the lower area of the trunk (9) there is an injection unit (1) and a suction unit (3) arranged downstream in the material flow direction (M) and thus between the injection unit (1) and the coating bath level (12).
  • the injection unit (1) and the suction unit (3) are each provided on both sides of the flat product (11) in a transverse direction over the width of the trunk (9) and are arranged opposite one another.
  • a defined amount of inert gas is injected into the trunk (9) through the injection units (1) and an amount greater than the amount injected is drawn off by the extraction unit (3).
  • Due to the moving flat product (11) and the suction unit (3) a circulating flow is created in the lower one on both sides of the flat product (11) generated. This flow keeps metal vapor contained in the trunk atmosphere away from the flat product (11) and is drawn off via the suction unit (3).
  • a pressure compensation unit (7) is provided in the area of the upper end of the trunk (9) or at the outlet of the continuous furnace (10).
  • This pressure equalization unit (7) is also preferably provided on both sides of the flat product (11) and extends over the width of the trunk (9).
  • the structure is similar or identical to the injection unit (1).
  • the pressure compensation unit (7) introduces a compensation amount of protective gas into the trunk (9) in order to compensate for the difference between the injection amount and the suction amount.
  • At least one first and one second pressure sensor (14.1, 14.2) are provided in the trunk to regulate the compensation amount.
  • the first pressure sensor (14.1) is arranged in the upper area between the pressure compensation unit (7) and the outlet of the continuous furnace (10) in order to detect the pressure in this area.
  • the first pressure sensor (14.1) can also be arranged instead of the trunk (9) in the exit area of the continuous furnace (10) or it can be formed by sensors of the continuous furnace (10) that may be present.
  • the second pressure sensor (14.2) is arranged downstream in the material flow direction (M) behind the pressure compensation unit (7) in order to detect the pressure in the trunk (9).
  • the second pressure sensor (14.2) is arranged after the injection unit (1).
  • the position of the first and second pressure sensors (14.1, 14.2) is not limited to the variant shown; rather, the sensors can be arranged as desired in the specified area. It is also possible to use a plurality of first and / or second pressure sensors (14.1, 14.2) in order, for example, to have redundancy with regard to process reliability or to be able to work with an average value from several measuring points.
  • the compensation quantity that is supplied via the pressure compensation unit (7) is regulated.
  • the pressure difference should never be less than 0 mbar.
  • a controlled variable for the pressure difference of greater than 0.1 mbar has proven to be practicable.
  • a dew point unit (15) is also provided.
  • one or more dew point units (15) can be provided in order to adapt the dew point to the atmosphere in the trunk (9).
  • humidified protective gas can be introduced into the trunk.
  • the introduction can in principle take place at least at any point on the trunk (9), the dew point unit (15) preferably, as shown, being arranged in the lower area between the suction unit (3) and the coating bath level (12). This reduces the evaporation rate from the melt (13) and at the same time supports the agglomeration of the metal vapor particles in the proboscis atmosphere, as a result of which the suction of these particles is improved.
  • the protective gas supplied to the injection unit (1) and / or pressure equalization unit (7) can also be humidified.
  • Fig. 1 the lines (6) for the supply and discharge of protective gas to the individual injection units (1), suction units (3), pressure compensation units (7) and, if applicable, dew point unit (15).
  • Fig. 2 shows a schematic representation of an injection unit (1) according to the invention, seen perpendicular to the material flow direction M, more precisely perpendicular to the plane of the flat product (11) conveyed through.
  • two rows of slot nozzles (2) are shown, each of which has interruptions or spaces between the slot nozzles (2).
  • the slot nozzles (2) each have a width b and a length l.
  • the two rows of slot nozzles (2) are at a distance a from one another in the direction of material flow M.
  • the slot nozzles (2) of adjacent rows are offset from one another so that a slot nozzle (2) of the adjacent row is assigned to an interruption in one row.
  • the slot nozzles (2) are made longer than the intervening interruptions so that, viewed in the material flow direction M, there is an overlap u of the ends of the slot nozzles (2).
  • the overlap u is formed uniformly along the injection unit (1).
  • Fig. 3 a partial area is shown which shows the lower injection unit (1) and suction unit (3) as well as parts of the upper injection unit (1) and suction unit (3) in the trunk (9) of an exemplary embodiment.
  • the two opposite injection units (1) on the upper and lower wall of the trunk (9) are shown as well as the suction units (3) located behind them in the direction of material flow M, that is, downstream.
  • the slot nozzles (2) of the injection units (1) are arranged offset from one another.
  • the offset of the slot nozzles (2) in relation to the opposite injection unit (1) is also shown.
  • the outermost slot nozzle (2) of the lower injection unit (1) is in the front, i.e. upstream, row and the rear, i.e., downstream, row begins with an interruption.
  • the outermost slot nozzle (1) is arranged in the rear row of the upper injection unit (1) and the front row begins with an interruption.
  • the Fig. 3 Both the suction units (3) and the injection units (1) are divided into several areas by partition walls (8) viewed in the width direction.
  • these each have lines (6) which are shown in FIG Fig. 3 are each indicated by round connection openings for the lines (6).
  • the injection units (1) and the suction units (3) are each designed with a semicircular cross-section, which has advantages in terms of flow technology due to the avoidance of sharp edges.
  • FIG. 3 a preferred embodiment of a suction unit (3).
  • the main openings (4) are aligned in the direction of material flow M in order to generate a circulating flow behind the injection unit (1).
  • the main openings (4) in the area of the lines (6) are designed with a greater height in order to achieve relatively homogeneous flow conditions over the width.
  • the height of the main openings (4) can change continuously or, as in the example shown, abruptly.
  • Additional openings (5) are preferably provided on the top of the suction units (3). In addition to improving the suction, this also enables the area of the circulating flow to be shortened, which reduces the installation space required in the trunk (9) and promotes the circulating flow.
  • the additional openings can be designed with a uniform height across the width of the suction unit, or else, analogous to the main openings (4), with different heights.
  • the injection units (1) and suction units (3) can be designed with a radius of 40mm, for example, and the height of the main openings (4), for example, in the range of 10 to 15mm and the height of the additional openings (5) be about 8mm.
  • the lines (6) can then have a diameter of approx. 60 mm.

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Description

    Technisches Gebiet (Technical Field)
  • Die vorliegende Anmeldung beschreibt eine sogenannte "Rüssel"-Konstruktion (engl. snout) wie sie typischerweise als wesentliches Anlagenteil für eine Schmelztauch- bzw. Feuerbeschichtungsanlage in der industriellen Praxis Anwendung findet. Über einen solchen Rüssel wird das zuvor im Durchlauf wärmebehandelte, metallische Flachprodukt, wie beispielsweise Stahl, als Band in ein Beschichtungsbad aus schmelzflüssigem Metall (z.B. Legierungen auf Zn- oder Al-Basis) übergeleitet, so dass ein Kontakt zwischen der wärmebehandelten Oberfläche und der Umweltatmosphäre vermieden wird.
    • Technischer Hintergrund (Background Art)
  • Beispielsweise besteht eine Anlage zur kontinuierlichen Feuerbeschichtung von Stahlband unter anderem aus einem Durchlaufglühofen, einem Schmelzbad, einer Vorrichtung zur Einstellung der Überzugsdicke und einer nachfolgenden Kühleinrichtung. In dem Durchlaufofen wird das Stahlband kontinuierlich geglüht, wobei der Durchlaufofen in mehrere Kammern unterteilt ist, bei denen verschiedene Behandlungen vorgenommen werden. Diese Behandlungen umfassen dabei zum Beispiel die Einstellung der gewünschten mechanischen Eigenschaften des Grundwerkstoffs durch Rekristallisation des Stahls. Zudem werden dabei in einer Vorwärmzone gebildete Eisenoxide reduziert. In einer auf den Durchlauf-Glühofen folgenden Kühlzone wird das Band unter Schutzgas (HNX) auf eine Temperatur nahe der Schmelzbadtemperatur abgekühlt. Das Schutzgas soll verhindern, dass das geglühte Band vor dem Feuerbeschichten oxidiert, wodurch die Haftung der z.B. Zinkschicht erheblich verschlechtert würde. Aufgrund der unterschiedlichen Behandlungen sind daher zum Teil auch unterschiedliche Gasatmosphären in den Kammern erforderlich. Das Schutzgas enthaltende Verbindungsstück beziehungsweise Schleuse zwischen Glühofen und Schmelzbad wird Rüssel genannt.
  • Beschichtungsstörungen, deren Ursachen im Rüssel zu finden sind, stellen eine nennenswerte Herausforderung für jeden Betreiber einer solchen Schmelztauchbeschichtungsanlage dar. Es ist bekannt, dass aus dem flüssigen Schmelzbadspiegel innerhalb des Rüssels Metall verdampft und sich z.B. auf dem Stahlband oder der Rüsselinnenwand niederschlagen kann. Diese Beobachtung wird beim Einsatz von Maßnahmen zur Erzeugung einer gerichteten Strömung in der Schmelze im Rüssel beispielsweise durch den Einsatz von Zinkpumpen verstärkt. Beides kann qualitative Ausfälle des zu produzierenden Stahlflachprodukts verursachen, z.B. auch durch herabfallen von kondensiertem und agglomeriertem Metallstaub von der Rüsselinnenwand auf das Stahlflachprodukt.
  • Einfache und etablierte Gegenmaßnahme sind z.B. das gezielte Betauen der Rüsselatmosphäre zur Reduzierung der Abdampfrate oder die Beheizung des Rüssels. Ersteres hat jedoch den negativen Nebeneffekt einer verstärkten Schlackebildung auf der Schmelzbadoberfläche bzw. Beschichtungsbadspiegel, welche ebenfalls Qualitätsausfälle produziert. Des Weiteren verhindert eine Rüsselbeheizung an sich nicht das Vorhandensein des Metallstaubs, so dass dieser weiterhin prozessschädlich wirken kann.
  • Es wurde erkannt, dass das in Richtung des Zinkbades bewegte Stahlband im Rüssel Schutzgas nach unten mitreißt, wobei das mitgerissene Schutzgas an der Zinkbadoberfläche Zinkdampf aufnimmt, welcher beim Aufsteigen des mitgerissenen Schutzgases an den kälteren Innenwänden des Rüssels kondensiert bzw. resublimiert und sich dort als Staub absetzt. Der Stand der Technik beschreibt daher eine Vielzahl von technischen Lösungen, Metallstaub in einem Rüssel zu vermeiden oder zu entfernen.
  • Aus der JP H07-157853 (A ) ist eine Vorrichtung zum Entfernen von Zinkdampf in einem Rüssel einer kontinuierlichen Bandverzinkungsanlage bekannt. Um den auf der Zinkbadoberfläche entstehenden Zinkdampf zu entfernen, ist der Rüssel mit Einblasöffnungen (Umwälzöffnungen) und vertikal darunter angeordneten Absaugöffnungen versehen. In einem ersten Ausführungsbeispiel sind in der der Oberseite des Stahlbandes zugewandten Rüsselwand eine einzelne Einblasöffnung und vertikal darunter eine einzelne Absaugöffnung angeordnet. Dementsprechend sind in der der Unterseite des Stahlbandes zugewandten Rüsselwand ebenfalls eine einzelne Einblasöffnung und vertikal darunter eine einzelne Absaugöffnung angeordnet. In einem zweiten Ausführungsbeispiel ist in einer Seitenwand des Rüssels eine einzelne Einblasöffnung angeordnet, während vertikal darunter zwei Absaugöffnungen vorgesehen sind, die als Längsschlitze in Rohren ausgebildet sind, welche die Seitenwand des Rüssels durchdringen und sich auf der Ober- und Unterseite des Stahlbandes über die gesamte Stahlbandbreite erstrecken. Nachteilig bei derartigen Ausführungen ist jedoch eine ungenügende Abdichtung der Gasatmosphären mit und ohne Zinkstaub. Aus der industriellen Praxis heraus ist weiter als nachteilhaft zu bewerten, dass keine effektive Entkopplung zwischen den Schutzgasatmosphären des Rüssels und des eigentlichen Durchlaufofens erfolgt. Folgen sind z.B. ein erhöhter Gasverbrauch des Ofens durch Absaugung der Ofenatmosphäre über den Rüssel oder eine Metallstaubkontamination des Ofens, bei zu schwacher Absaugung im Rüssel.
  • Aus der DE 10 2012 106 106 A1 ist ein weiteres Beispiel aus dem Bereich des Rüssels einer Verzinkungsanlage bekannt. Hierbei liegt ein Bereich mit einer Vielzahl von Einblasöffnungen benachbart zu einem Bereich mit einer Vielzahl von Absaugöffnungen, wobei die Bereiche zumindest teilweise kammartig ineinander greifen. Hierdurch wird eine relativ gute Abdichtung von aufsteigenden Zinkdämpfen gegenüber der darüber liegenden Gasatmosphäre erreicht. Eine derartige Vorrichtung ist jedoch relativ aufwendig zu fertigen und ist mit einen hohen Platzbedarf verbunden. Aufgrund der durch die Abdichtung entstehenden hohen Sättigung der Gasatmosphäre vor dem Eintauchen mit Zinkdampf kann weiterhin eine Beeinträchtigung der Produktqualität entstehen
  • Aus der DE10 2015 108334 B3 ist ein weiteres Beispiel aus dem Bereich des Rüssels einer Verzinkungsanlage bekannt.
    • Zusammenfassung der Erfindung (Summary of Invention)
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein Vorrichtung und Verfahren bereitzustellen, welches effektiv eine Beeinflussung benachbarter Gasatmosphären verhindert, insbesondere eine Trennung von Rüssel und Ofenatmosphäre zur Vermeidung unnötiger Schutzgasverbräuche oder Verunreinigung des Ofens erreicht, sowie effektiv Qualitätsausfälle infolge von Metallstaubs, der durch Abdampfen aus dem Beschichtungsbad entsteht, vermeidet. Weitere Aufgaben der Erfindung sind eine günstige Herstellbarkeit, ein geringer Platzbedarf und eine leichte Montage bzw. sich für die Nachrüstung an Bestandsanlagen eignet und mit möglichst geringem technischem Aufwand zu realisieren ist, zu ermöglichen.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1, insbesondere wenn diese nach einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 7 verwendet wird.
  • Erfindungsgemäß ist ein Rüssel für eine Schmelztauchbeschichtungsanlage für ein Flachprodukt, welcher sich vom Ausgang eines Durchlaufofens bis in die Schmelze unterhalb des Beschichtungsbadspiegels erstreckt und das Flachprodukt von der Umgebung isoliert, wobei mindestens eine Absaugeinheit und eine Einblaseinheit vorgesehen sind und die mindestens eine Absaugeinheit zwischen der mindestens einen Einblaseinheit und dem Beschichtungsbadspiegel angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckausgleichseinheit zwischen der Einblaseinheit und dem Ausgang des Durchlaufofens angeordnet ist, und dass ein erster Drucksensor am Ausgang des Durchlaufofens und ein zweiter Drucksensor zwischen Beschichtungsbadspiegel und Druckausgleichseinheit vorgesehen sind. Schutzgas, aus Kostengründen idealerweise N2 oder alternativ N2 und H2, wird mit einer Temperatur von ≥ 500 °C bis ≤ 650 °C durch die Einblaseinheit in den Rüssel eingeblasen und durch die Absaugeinheit wieder abgesaugt, wodurch sich im unteren Teil des Rüssels auf beiden Seiten des zu produzierenden Stahlbands ein gerichtete Gasströmung ergibt. Diese gerichtete Gasströmung beschreibt einen Wirbel, ausgehend von der Einblaseinheit, zum Flachprodukt, entlang des Bandlaufs in Richtung Beschichtungsbadspiegel, was der Materialflussrichtung entspricht, über das Beschichtungsbad hinweg zur Absaugeinheit. Hierdurch wird eine gute Abdichtung aufsteigender Dämpfe aus der Schmelze erreicht und diese effektiv abgesaugt. Des Weiteren ist sowohl die Rüsselatmosphäre als auch der Ofenbereich nahe des Übergangs zum Rüssel drucküberwacht, so dass die in den Rüssel eingeblasene und abgesaugte Gasmenge so kontrolliert werden kann, dass die Differenz zwischen Druck der Rüsselatmosphäre und Druck der Ofenatmosphäre nie < 0 mbar beträgt. Um diese Druckentkopplung zu erreichen, wird zusätzliches Schutzgas an einer Druckausgleichseinheit in den Rüssel eingeblasen, wobei die hier einzublasende Schutzgasmenge so geregelt wird, dass kein Unterdruck im Rüssel gegenüber dem Ofen entsteht. Vorzugsweise sind beidseitig des Flachprodukts Druckausgleichseinheiten vorgesehen, die gleich oder ähnlich wie die Einblaseinheiten ausgebildet sind.
  • Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Rüssels sind dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugeinheit in einem Abstand von 50mm bis 200mm vom Beschichtungsbadspiegel entfernt angeordnet ist. Die Absaugeinheit zur Entfernung von metallstaubkontaminierter Rüsselatmosphäre ist wie die Einblaseinheiten quer zur Bandrichtung positioniert und wirkt mindestens über die max. Breite des zu produzierenden Flachprodukts. Die Absaugeinheit ist dabei unterhalb der unteren Einblasdüse und oberhalb des Beschichtungsbadspiegels verbaut. Der Abstand zum Beschichtungsbad beträgt mindestens 50 mm, da bei einer Unterschreitung dieses Abstand die Gefahr eines vorzeitiger Ausfall besteht, und beträgt maximal 200 mm, da ansonsten die Effektivität der Absaugung in einen mangelhaften Bereich nachlässt, weil sich der gewünschte Gaswirbel beziehungsweise die zirkulierende Strömung nicht ausreichend bildet.
  • Weiter sind Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Rüssel dadurch gekennzeichnet, dass die Einblaseinheit in einem Abstand von 200mm bis 800mm vom Beschichtungsbadspiegel entfernt angeordnet ist, beziehungsweise genauer dass der Abstand zwischen Absaugeinheit und Einblaseinheit maximal 750mm beträgt. Ein notwendiger Mindestabstand zwischen Einblaseinheit und Absaugeinheit ergibt sich lediglich durch deren konstruktive Gestaltung. Jedoch der maximale Abstand beträgt 750 mm, da bei einer Überschreitung dieses Abstands nur eine mangelnde Effektivität erreicht wird, weil sich die bildende Wirbelströmung verschlechtert.
  • In weiteren Ausführungsformen sind erfindungsgemäße Rüssel dadurch gekennzeichnet, dass eine Taupunkteinheit vorgesehen ist, über die befeuchtetes Schutzgas zur Taupunktregelung zuführbar ist. Durch Überwachung der Sauerstoff- (O2) und Wasserstoff-Gehalts (H2) in der Rüsselatmosphäre durch entsprechende Sensoren, kann der Taupunkt überwacht und über die Zuführung von z.B. befeuchtetem Schutzgas angepasst werden. Des Weiteren reduziert die Feuchte die Abdampfrate aus dem Beschichtungsbad.
  • In bevorzugten Ausführungsformen des Rüssels sind dadurch gekennzeichnet, dass die Taupunkteinheit zwischen Beschichtungsbadspiegel und Absaugeinheit angeordnet ist. Die zugegebene Feuchte unterstützt die Agglomeration der Metallstaubpartikel, sodass das Absaugergebnis verbessert wird. Somit ist eine Zugabe an dieser Stelle am effektivsten.
  • Erfindungsgemäße Rüssel sind in weiteren Ausführungsformen dadurch gekennzeichnet, dass sich die mindestens eine Einblaseinheit und eine Absaugeinheit auf beiden Seiten des Flachprodukts jeweils über die Quererstreckung des Rüssels an gegenüberliegenden Wandungen erstrecken, dass die Einblaseinheiten direkt gegenüberliegend vorgesehen sind, dass die Einblaseinheiten jeweils mindestens zwei Reihen aus einer Mehrzahl von Schlitzdüsen mit dazwischen liegenden Unterbrechungen umfassen, wobei die Schlitzdüsen der Reihen zueinander versetzt angeordnet sind, und wobei die Unterbrechungen kürzer als die Schlitzdüsen der benachbarten Reihe sind, damit die Schlitzdüsen der Reihen in Materialflussrichtung überlappen, und dass die Schlitzdüsen einer Einblaseinheit jeweils einer Unterbrechung der gegenüberliegenden Einblaseinheit gegenüberliegt. Somit liegen die Einblaseinheiten auf beiden Seiten des durch den Rüssel geführten Flachprodukts, vorzugsweise einer kontinuierlichen Materialbahn, wie Stahlband. Durch die Anordnung in Reihen und die Unterbrechungen in den Reihen können die Schlitzdüsen optimal genutzt werden, da die auftretende Strahlaufweitung der aus benachbarten Schlitzdüsen austretenden Schutzgasströme sich nicht gegenseitig stören und durch die Anordnung sich ein geschlossener Gasvorhang bildet. Durch die ebenfalls versetzte Anordnung der Schlitzdüsen einer Einblaseinheit bezogen auf die Schlitzdüsen beziehungsweise Unterbrechungen der gegenüberliegenden Einblaseinheit bildet sich auch im Mittenbereich der Schleuse, an dem die eingeblasenen Gasströme aufeinander treffen, ein dichter Gasvorhang. Hierdurch wird eine sehr gute Separierung der Gasatmosphären auch außerhalb der Materialbahn erreicht.
  • Weiteren Ausführungen des erfindungsgemäßen Rüssels sind dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugeinheiten über die Quererstreckung vorgesehene Hauptöffnungen aufweisen, wobei die Hauptöffnungen in Materialflussrichtung ausgerichtet sind, um eine zirkulierende Strömung zu erzeugen. Somit liegen die Hauptöffnungen auf der der Einblaseinheit abgewandten Seite, wodurch eine Mitnahme des eingeblasenen Gases in Materialflussrichtung begünstigt wird und eine Umwälzung der Gasatmosphäre erfolgt. Hierdurch kann beispielsweise Zinkstaub in einem Rüssel mit abgesaugt und anschließend gefiltert werden, um eine weitgehend "saubere" Gasatmosphäre zu erhalten.
  • In bevorzugten Ausführungen des Rüssels sind die Einblaseinheiten und Absaugeinheiten jeweils mit mindestens einer zentrierten Leitung zur Zu- beziehungsweise Abführung von Gas verbunden ist. Hierdurch lassen sich die strömungstechnischen Gegebenheiten über die Breite der Einblas- und Absaugeinheiten weitgehend gleich halten.
  • In besonders bevorzugten Ausführungen des Rüssels weisen die Hauptöffnungen im Bereich der zentrierten Leitung eine größere Höhe auf. Durch eine derartige Ausbildung werden die Strömungsverhältnisse über die Breite einheitlicher gehalten, was die Absaugwirkung verbessert.
  • Weiter Ausführungen des Rüssels sind dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugeinheiten Zusatzöffnungen umfassen, die senkrecht zur Materialflussrichtung ausgerichtet sind. Diese Zusatzöffnungen verbessern die Druckverhältnisse im Rüssel und verringern die Strömungsgeschwindigkeiten an den Öffnungen der Absaugeinheit, was hinsichtlich Geräuschentwicklung und Verschleiß Vorteile aufweist.
  • In Ausführungsformen des Rüssels sind die Schlitzdüsen dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzdüsen eine Breite b aufweisen, dass der Abstand a zwischen den Reihen im Bereich von b ≤ a ≤ 2∗b liegt, und dass der Überlapp u der Schlitzdüsen in Materialflussrichtung im Bereich von b ≤ u ≤ 3∗b liegt, wobei zusätzlich a ≤ u ist. Um einen möglichst gute Separierung der Gasatmosphären zu erreichen, dürfen die Schlitzdüsen keinen zu großen Abstand voneinander aufweisen. Hier hat sich gezeigt, dass bezogen auf die Breite der Schlitzdüsen ein Mindestabstand zwischen den Reihen in gleicher Breite gute Ergebnisse erzielt und bei einem Abstand von mehr als der doppelten Breite die Gefahr einer verschlechterten Separierung steigt.
  • Bevorzugte Ausführungen des Rüssels sind dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzdüsen in Querrichtung eine Länge l aufweisen, wobei die Länge l im Bereich von 20∗b ≤ l ≤ 50∗b, vorzugsweise im Bereich von 30∗b ≤ l ≤ 35∗b, liegt.
  • Bei weiteren Ausführungen des Rüssels sind die Einblaseinheiten und/oder Absaugeinheiten in Querrichtung in mehrere Abschnitte aufgeteilt, wobei jeder Abschnitt eine eigene zentrierte Leitung zur Zu- beziehungsweise Abführung von Schutzgas umfasst. Durch diese Aufteilung in vorzugsweise gleichbreite Abschnitte, werden die Strömungsverhältnisse über die Breite des Rüssels weiter verbessert und zusätzlich wird die benötigte Leistung pro Leitung verringert.
  • Ausführungen des Rüssels sind dadurch gekennzeichnet, dass die Einblaseinheiten und/oder Absaugeinheiten einen halbrunden Querschnitt aufweisen. Gerundete Querschnitte weisen strömungstechnisch vorteilhafte Geometrien auf. Des Weiteren wird durch ein auf die Rüsselwand aufgesetzte Einblas- beziehungsweise Absaugeinheiten der abzudichtende Querschnitt des Rüssels verringert.
  • Erfindungsgemäße Rüssel werden bevorzugt mit einem Verfahren betrieben, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass Schutzgas mit einer Einblasmenge von 100Nm3/h bis 500Nm3/h (Nm3/h = Normkubikmeter pro Stunde) durch die Einblaseinheit eingebracht wird, dass durch die Absaugeinheit eine Absaugmenge von 150Nm3/h bis 700Nm3/h abgezogen wird, dass die Bedingung Absaugmenge größer als die Einblasmenge erfüllt wird, und dass durch die Druckausgleichseinheit eine Ausgleichsmenge eingebracht wird, um eine Druckentkopplung von Durchlaufofen und Rüssel zu erreichen. Für die Ausbildung eines dichten Gasvorhangs hat sich eine Einblasmenge von 100Nm3/h bis 500Nm3/h als praktikabel herausgestellt, da darunter keine ausreichende Abdichtung erreicht wird und darüber turbulente Strömungen zunehmen, was die Effektivität verschlechtert und evtl. zu Bandschwingungen führt.
  • Erfindungsgemäßen Verfahren sind dadurch gekennzeichnet, dass eine gegenüber der Einblasmenge um mindestens 50Nm3/h größere Absaugmenge abgesaugt wird. Hierdurch wird sichergestellt, dass sich eine stabile Wirbelströmung im unteren Bereich des Rüssels bildet und anfallende Metallstäube zuverlässig abgesaugt werden.
  • Verfahren gemäß erfindungsgemäßen Ausführungsformen sind dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsmenge aufgrund der Differenz eines ersten Drucksensors am Ausgang des Durchlaufofens und eines zweiten Drucksensors zwischen Beschichtungsbadspiegel und Druckausgleichseinheit geregelt wird, und dass die Differenz in einem Bereich von größer 0 mbar, vorzugsweise größer 0,1 mbar, bis 0,7 mbar, gehalten wird. Hierdurch wird weitgehend verhindert, dass im Rüssel ein Unterdruck gegenüber dem im Durchlaufofen herrschenden Druck entsteht, wodurch ein Abziehen der Ofenatmosphäre vermieden wird. Prinzipiell ist ein gleicher Druck ausreichend, als praktikabel ist als Regelgröße für die untere Schwelle von einem Druckunterschied von 0,1mbar herausgestellt. Als obere Grenze der Regelung haben sich 0,3 mbar oder 0,5 mbar als günstig erwiesen. Idealerweise liegt die Druckdifferenz unterhalb von 0,2 mbar. Wird der Druckunterschied zu niedrig, wird durch den im Rüssel entstehenden Überdruck Rüsselatmosphäre in den Durchlaufofen gedrückt, was die Ofenatmosphäre negativ beeinflusst.
  • Ausführungsformen erfindungsgemäßer Verfahren sind dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgas mit 4m/s (m/s = Meter pro Sekunde) bis 10m/s auf das Flachprodukt aufgeblasen wird. Wird das über die Einblaseinheiten in den Rüssel einzublasende Schutzgas mit einer Geschwindigkeit von ≥4 m/s und ≤ 10 m/s direkt auf das Stahlband aufgeblasen, ergibt sich die vorteilhafteste Einstellung zur Entfernung von Metallstaub aus der Rüsselatmosphäre und somit zur Vermeidung von qualitativen Ausfällen. Bei Über- oder Unterschreitung dieser Grenzwerte verliert die Maßnahme an Effektivität, weil sich etwa kein ausreichender Gaswirbel aufbaut oder die Atmosphäre zu turbulent wird.
  • Erfindungsgemäße Ausführungsformen des Verfahrens sind dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgas mit einer Temperatur von 500°C bis 650°C eingeblasen wird. Hierdurch wird das Flachprodukt auf eine Badeintauchtemperatur gebracht bzw. gehalten, um die Temperaturführung beziehungsweise Wärmebehandlung der Materialen nicht zu stören und eine Kondensation von Bestandteilen der Rüsselatmosphäre zu vermeiden.
  • Erfindungsgemäße Verfahren sind weiter dadurch gekennzeichnet, dass als Schutzgas Stickstoff oder eine auf Stickstoff basierende Mischungen verwendet wird. Als neutrales Schutzgas bietet Stickstoff Kostenvorteile.
  • Ausführungsformen erfindungsgemäßer Verfahren sind dadurch gekennzeichnet, dass dem Schutzgas Wasserstoff in einem Bereich von 0,5 Volumen-% bis 10 Volumen-% beigemischt wird. Insbesondere wenn ein Grenzwert von für den Sauerstoffgehalt im Rüssel von 10 ppm überstiegen wird, wird diese Maßnahme vorgesehen. Die gezielte Zugabe von Wasserstoff (H2) (z.B. über die Einblaseinheit) kann gewählt werden, wenn die Sauerstoff (O2)-Konzentration im Rüssel > 10 ppm überschreitet. Ansonsten droht eine Verschlechterung der Produktqualität durch unbenetzte Stellen oder schlechter Zinkhaftung auf dem zu produzierenden Stahlband. Im Fall einer H2-Einspeisung beträgt der H2-Anteil idealerweise ≥ 0,5 Volumen-% bis ≤ 10,0 Volumen-% um ein effektives Wirken sicherzustellen, aber unnötige Kosten zu vermeiden.
  • Verfahren nach erfindungsgemäßen Ausführungsformen sind dadurch gekennzeichnet, dass der Taupunkt im Rüssel auf einen Bereich vom -10°C bis -40°C eingestellt wird. Als vorteilhaft für die Produktqualität hat es sich erwiesen, in Abhängigkeit der zu produzierenden Stahllegierung einen Taupunkt von ≤ -10 °C bis ≥ -40 °C im Rüssel einzustellen, was über eine geregelte Zuführung von befeuchtetem Schutzgas (z.B.: N2) erfolgen kann. In diesem Fall sieht es die erfinderische Lösung vor, dass das befeuchtete Schutzgas direkt oberhalb des Beschichtungsbadspiegels und unterhalb der Absaugvorrichtung eingespeist wird. Die zugegebene Feuchte unterstützt die Agglomeration der Metallstaubpartikel, sodass das Absaugergebnis verbessert wird. Des Weiteren reduziert die Feuchte die Abdampfrate aus dem Beschichtungsbad.
  • Weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen des Verfahrens sind dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Absaugmenge in einer Reinigungseinheit gereinigt wird und als Schutzgas wieder der Einblaseinheit, Ausgleichseinheit und/oder dem Durchlaufofen zugeführt wird. Zur Steigerung der Umweltverträglichkeit und (Kosten-)Effizienz wird vorgeschlagen, die abgesaugte, mit Metallstaub kontaminierte, Rüsselatmosphäre vom Metallstaub zu befreien und der erfindungsgemäßen Schutzgaseinblasung rückzuführen. Als alternativen Rückspeiseort bietet sich der Durchlaufofen der Beschichtungsanlage an sich an. Die Reinigung kann z.B. durch eine Kältefalle, einen Zyklonabscheider oder eine Filtervorrichtung erfolgen, oder durch Kombination dieser Optionen. In Abhängigkeit der H2-Konzentration der abgesaugten Rüsselatmosphäre ist ggf. eine Verdünnung notwendig, um den geltenden Arbeitssicherheits- und Explosionsschutzanforderungen gerecht zu werden.
  • Das der Rüssel beheizt oder mindestens isoliert ausgeführt ist, um die Metallstaubabscheidung an der Rüsselinnenwand zu minimieren, entspricht dem Stand der Technik und wird als selbstverständlich angesehen.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen (Brief Description of Drawings)
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert, wobei gleichartige Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Im Einzelnen zeigen:
    • Fig. 1:
    einen Rüssel in einer schematischen, erfindungsgemäßen Ausführungsform,
    Fig. 2:
    eine schematische Einblaseinheit senkrecht zur Materialflussrichtung betrachtet und
    Fig. 3:
    ein Ausführungsbeispiel einer Absaugeinheit.
    Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen (Best Mode for Carrying out the Invention)
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Rüssels (9). Der Rüssel (9) erstreckt sich vom Ausgang eines Durchlaufofens (10) bis in die Schmelze (13) eines Beschichtungsbads. Das zu beschichtende Flachprodukt (11) wird hierbei vom Durchlaufofen (10) durch den Rüssel (9) in die Schmelze (13) geleitet. Die Führung des Flachprodukts (11) durch den Durchlaufofen (10) und die Schmelze (13) ist hier nicht dargestellt. Um eine Abdichtung des im Durchlaufofen (10) erwärmten Flachprodukts (11) mit der Umgebung zu vermeiden, erstreckt sich der Rüssel (9) bis unter den Beschichtungsbadspiegel (12). Im unteren Bereich des Rüssels (9) ist eine Einblaseinheit (1) sowie eine in Materialflussrichtung (M) stromabwärts und somit zwischen Einblaseinheit (1) und Beschichtungsbadspiegel (12) angeordnete Absaugeinheit (3) vorgesehen. Die Einblaseinheit (1) sowie die Absaugeinheit (3) sind jeweils auf beiden Seiten des Flachprodukts (11) in Quererstreckung über die Breite des Rüssels (9) vorgesehen und gegenüberliegend angeordnet. Durch die Einblaseinheiten (1) wird eine definierte Einblasmenge an Schutzgas in den Rüssel (9) eingebracht und durch die Absaugeinheit (3) eine Absaugmenge, die größer als die Einblasmenge ist, abgezogen. Hierdurch bildet sich ein dichter Gasvorhang, der die Rüsselatmosphäre unterhalb der Einblaseinheit (1) zu der restlichen Rüsselatmosphäre hin, abdichtet. Durch das bewegte Flachprodukt (11) und die Absaugeinheit (3) wird in dem unteren eine zirkulierende Strömung jeweils auf beiden Seiten des Flachprodukts (11) erzeugt. Durch diese Strömung wird in der Rüsselatmosphäre enthaltener Metalldampf vom Flachprodukt (11) abgehalten und über die Absaugeinheit (3) abgezogen.
  • Um eine Druckentkopplung zum Durchlaufofen (10) zu erreichen, damit nicht die Ofenatmosphäre in den Rüssel (9) gezogen wird, ist im Bereich des oberen Ende des Rüssels (9) beziehungsweise am Ausgang des Durchlaufofens (10) ein Druckausgleichseinheit (7) vorgesehen. Diese Druckausgleichseinheit (7) ist ebenfalls vorzugsweise auf beiden Seiten des Flachprodukts (11) sich über die Breite des Rüssels (9) erstreckend vorgesehen. Der Aufbau ist weiter in bevorzugten Ausführungsformen ähnlich oder gleich der Einblaseinheit (1). Durch die Druckausgleichseinheit (7) wird eine Ausgleichmenge an Schutzgas in den Rüssel (9) eingebracht, um den Unterschied zwischen Einblasmenge und Absaugmenge auszugleichen.
  • Zur Regelung der Ausgleichsmenge sind im Rüssel mindestens ein erster und ein zweiter Drucksensor (14.1, 14.2) vorgesehen. Der erste Drucksensor (14.1) ist dabei im oberen Bereich zwischen der Druckausgleichseinheit (7) und dem Ausgang des Durchlaufofens (10) angeordnet, um den Druck in diesem Bereich zu erfassen. Natürlich kann der erste Drucksensor (14.1) auch anstelle des Rüssels (9) im Ausgangsbereich des Durchlaufofens (10) angeordnet sein oder durch evtl. vorhandene Sensorik des Durchlaufofens (10) gebildet werden. Der zweite Drucksensor (14.2) ist in Materialflussrichtung (M) stromabwärts hinter der Druckausgleichseinheit (7) angeordnet, um den Druck im Rüssel (9) zu erfassen. Für eine möglichst gute Erfassung des Unterschiedes ist in bevorzugten Ausführungsformen, wie dargestellt, der zweite Drucksensor (14.2) nach der Einblaseinheit (1) angeordnet. Die Position der ersten und zweiten Drucksensoren (14.1, 14.2) ist allerdings nicht auf die dargestellte Variante beschränkt, vielmehr können die Sensoren beliebig im angegebenen Bereich angeordnet sein. Auch ist die Verwendung mehrerer erster und/oder zweiter Drucksensoren (14.1, 14.2) möglich, um hinsichtlich der Prozesssicherheit beispielsweise eine Redundanz zu haben oder mit einem Mittelwert aus mehreren Messstellen arbeiten zu können. Aufgrund der Differenz der mittels der ersten und zweiten Drucksensoren (14.1, 14.2) ermittelten Drücke wird die Ausgleichsmenge, die über die Druckausgleichseinheit (7) zugeführt wird geregelt. Um eine Beeinflussung der Atmosphäre im Rüssel (9) durch die Atmosphäre im Durchlaufofen (10) als auch umgekehrt der Ofenatmosphäre durch die Rüsselatmosphäre zu vermeiden, sollte der Druckunterschied nie kleiner als 0 mbar werden. Als praktikabel hat sich eine Regelgröße für den Druckunterschied von größer 0,1 mbar herausgestellt.
  • In Fig. 1 ist weiter eine Taupunkteinheit (15) vorgesehen. In erfindungsgemäßen Ausführungsformen kann eine oder mehrere Taupunkteinheiten (15) vorgesehen werden, um den Taupunkt der Atmosphäre im Rüssel (9) anzupassen. Zur Einstellung des Taupunkts kann befeuchtetes Schutzgas in den Rüssel eingebracht werden. Die Einbringung kann prinzipiell an zumindest einer beliebigen Stelle des Rüssels (9) erfolgen, wobei die Taupunkteinheit (15) bevorzugt, wie dargestellt, im unteren Bereich zwischen der Absaugeinheit (3) und dem Beschichtungsbadspiegel (12) angeordnet ist. Hierdurch wird die Abdampfrate aus der Schmelze (13) verringert und gleichzeitig die Agglomeration der Metalldampfpartikel in der Rüsselatmosphäre unterstützt, wodurch die Absaugung dieser Partikel verbessert wird. Alternativ zu eine separaten Taupunkteinheit (15) kann auch eine Befeuchtung des der Einblaseinheit (1) und oder Druckausgleichseinheit (7) zugeführten Schutzgases erfolgen.
  • Nicht dargestellt sind in Fig. 1 die Leitungen (6) zur Zu- und Abführung von Schutzgas zu dem einzelnen Einblaseinheiten (1), Absaugeinheiten (3), Druckausgleichseinheiten (7) sowie ggf. Taupunkteinheit (15).
  • Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Einblaseinheit (1) senkrecht zur Materialflussrichtung M, genauer gesagt senkrecht zur Ebene des durchgeförderten Flachprodukts (11), gesehen. Hierbei sind zwei Reihen von Schlitzdüsen (2) gezeigt, die jeweils Unterbrechungen oder Zwischenräume zwischen den Schlitzdüsen (2) aufweisen. Die Schlitzdüsen (2) weisen hierbei jeweils eine Breite b und eine Länge l auf. Die beiden Reihen von Schlitzdüsen (2) sind zueinander mit einem Abstand a in Materialflussrichtung M entfernt. Die Schlitzdüsen (2) benachbarter Reihen sind zueinander versetzt, so dass einer Unterbrechung einer Reihe eine Schlitzdüse (2) der benachbarten Reihe zugeordnet ist. Die Schlitzdüsen (2) sind länger ausgebildet als die dazwischenliegenden Unterbrechungen, damit in Materialflussrichtung M gesehen ein Überlapp u der Enden der Schlitzdüsen (2) entsteht. Der Überlapp u ist entlang der Einblaseinheit (1) einheitlich ausgebildet.
  • In Fig. 3 ist ein Teilbereich dargestellt, der die untere Einblaseinheit (1) und Absaugeinheit (3) sowie Teile der oberen Einblaseinheit (1) und Absaugeinheit (3) im Rüssel (9) eines Ausführungsbeispiels zeigt. Es sind die beiden gegenüberliegenden Einblaseinheiten (1) an der oberen und unteren Wand des Rüssels (9) gezeigt sowie die in Materialflussrichtung M dahinter, also stromabwärts, liegenden Absaugeinheiten (3). In dieser Darstellung ist erkennbar, dass die Schlitzdüsen (2) der Einblaseinheiten (1) zueinander versetzt angeordnet sind. Neben dem Versatz zwischen den Reihen an einer Einblaseinheit (1), wie auch bereits in Fig. 2 gezeigt, ist in Fig. 3 auch der Versatz der Schlitzdüsen (2) bezogen auf die gegenüberliegende Einblaseinheit (1) gezeigt. Im dargestellten Beispiel liegt bei der unteren Einblaseinheit (1) die in Breitenrichtung des Rüssels (9) gesehen äußerste Schlitzdüse (2) in der vorderen, also stromaufwärts liegenden, Reihe und die hintere, also stromabwärts liegende, Reihe beginnt mit einer Unterbrechung. Entsprechend ist bei der oberen Einblaseinheit (1) die äußerste Schlitzdüse (1) in der hinteren Reihe angeordnet und die vordere Reihe beginnt mit einer Unterbrechung. Durch diese Anordnung gelangen das aus den Schlitzdüsen (2) austretenden Schutzgas in der Haupterstreckung ungehindert bis zur gegenüberliegenden Rüsselwand, genauer bis zur gegenüberliegenden Einblaseinheit (1), beziehungsweise der Materialoberfläche des Flachprodukts (11) und eine Berührung der Schutzgasströme erfolgt nur im Bereich der unvermeidbaren Bereiche der Strahlaufweitungen. Durch diese Ausgestaltung wird ein Gasvorhang erreicht, der sehr stabil ist und eine sehr gute Dichtwirkung aufweist.
  • Im dargestellten Beispiel der Fig. 3 sind sowohl die Absaugeinheiten (3) als auch die Einblaseinheiten (1) durch Zwischenwände (8) in Breitenrichtung gesehenen in mehrere Bereiche aufgeteilt. Für die Abführung beziehungsweise Zuführung von Schutzgas zu den Absaugeinheiten (3) beziehungsweise Einblaseinheiten (1) weisen diese jeweils Leitungen (6) auf, die in Fig. 3 jeweils durch runde Anschlussöffnungen für die Leitungen (6) angedeutet sind. Des Weiteren sind in dem dargestellten Beispiel die Einblaseinheiten (1) und die Absaugeinheiten (3) jeweils mit einem halbrunden Querschnitt ausgebildet, welche durch die Vermeidung von scharfen Kanten strömungstechnische Vorteile aufweist.
  • Weiter zeigt Fig. 3 eine bevorzugte Ausführung einer Absaugeinheit (3). Hierbei sind die Hauptöffnungen (4) in Materialflussrichtung M ausgerichtet, um eine zirkulierende Strömung hinter der Einblaseinheit (1) zu erzeugen. Die Hauptöffnungen (4) im Bereich der Leitungen (6) sind hierbei mit einer größeren Höhe ausgebildet, um über die Breite relativ homogene Strömungsverhältnisse zu erreichen. Die Höhe der Hauptöffnungen (4) kann sich hierbei kontinuierlich ändern oder wie im dargestellten Beispiel sprunghaft. An der Oberseite der Absaugeinheiten (3) sind bevorzugt Zusatzöffnungen (5) vorgesehen. Durch diese wird neben einer Verbesserung der Absaugung ebenfalls eine Verkürzung des Bereichs der zirkulierenden Strömung ermöglicht, was den benötigten Bauraum im Rüssel (9) verringert und die zirkulierende Strömung begünstigt. Die Zusatzöffnungen können mit einer einheitlichen Höhe über die Breite der Absaugeinheit ausgebildet sein, oder auch analog zu den Hauptöffnungen (4) mit unterschiedlichen Höhen. Für das Beispiel in einem Rüssel einer Feuerbeschichtungsanlage können die Einblaseinheiten (1) und Absaugeinheiten (3) beispielsweise mit einem Radius von 40mm ausgebildet sein, und die Höhe der Hauptöffnungen (4) beispielsweise im Bereich von 10 bis 15mm und die Höhe der Zusatzöffnungen (5) bei ca. 8mm liegen. Die Leitungen (6) können in diesem Beispiel dann mit einem Durchmesser von ca. 60mm ausgebildet sein.
  • Die verschiedenen Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar und nicht nur auf die beschriebenen oder dargestellten Beispiele von Ausführungsformen beschränkt.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Einblaseinheit
    2
    Schlitzdüsen
    3
    Absaugeinheit
    4
    Hauptöffnung
    5
    Zusatzöffnung
    6
    Leitung
    7
    Druckausgleichseinheit
    8
    Zwischenwand
    9
    Rüssel
    10
    Durchlaufofen
    11
    Flachprodukt
    12
    Beschichtungsbadspiegel
    13
    Schmelze
    14.1
    erster Drucksensor
    14.2
    zweiter Drucksensor
    15
    Taupunkteinheit
    a
    Abstand
    b
    Breite
    l
    Länge
    u
    Überlapp
    M
    Materialflussrichtung

Claims (15)

  1. Rüssel (9) für eine Schmelztauchbeschichtungsanlage für ein Flachprodukt (11), welcher sich vom Ausgang eines Durchlaufofens (10) bis in eine Schmelze (13) unterhalb des Beschichtungsbadspiegels (12) erstreckt und das Flachprodukt (11) von der Umgebung isoliert, wobei mindestens eine Absaugeinheit (3) und eine Einblaseinheit (1) vorgesehen sind und die mindestens eine Absaugeinheit (3) zwischen der mindestens einen Einblaseinheit (1) und dem Beschichtungsbadspiegel (12) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckausgleichseinheit (7) zwischen der Einblaseinheit (1) und dem Ausgang des Durchlaufofens (10) angeordnet ist, und dass ein erster Drucksensor (14.1) am Ausgang des Durchlaufofens (10) und ein zweiter Drucksensor (14.2) zwischen Beschichtungsbadspiegel (12) und Druckausgleichseinheit (7) vorgesehen sind.
  2. Rüssel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Absaugeinheit (3) in einem Abstand von 50mm bis 200mm vom Beschichtungsbadspiegel (12) entfernt angeordnet ist.
  3. Rüssel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen Absaugeinheit (3) und Einblaseinheit (1) maximal 750mm beträgt.
  4. Rüssel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Taupunkteinheit (15) vorgesehen ist, über die befeuchtetes Schutzgas zur Taupunktregelung zuführbar ist.
  5. Rüssel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Taupunkteinheit (15) zwischen Beschichtungsbadspiegel (12) und Absaugeinheit (3) angeordnet ist.
  6. Rüssel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die mindestens eine Einblaseinheit (1) und eine Absaugeinheit (3) auf beiden Seiten des Flachprodukts (11) jeweils über die Quererstreckung des Rüssels (9) an gegenüberliegenden Wandungen erstrecken, dass die Einblaseinheiten (1) direkt gegenüberliegend vorgesehen sind, dass die Einblaseinheiten (1) jeweils mindestens zwei Reihen aus einer Mehrzahl von Schlitzdüsen (2) mit dazwischen liegenden Unterbrechungen umfassen, wobei die Schlitzdüsen (2) der Reihen zueinander versetzt angeordnet sind, und wobei die Unterbrechungen kürzer als die Schlitzdüsen (2) der benachbarten Reihe sind, damit die Schlitzdüsen (2) der Reihen in Materialflussrichtung (M) überlappen, und dass die Schlitzdüsen (2) einer Einblaseinheit (1) jeweils einer Unterbrechung der gegenüberliegenden Einblaseinheit (1) gegenüberliegt.
  7. Verfahren zum Betrieb eines Rüssels (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Schutzgas mit einer Einblasmenge von 100Nm3/h bis 500Nm3/h durch die Einblaseinheit (1) eingebracht wird, dass durch die Absaugeinheit (3) eine Absaugmenge von 150Nm3/h bis 700Nm3/h abgezogen wird, dass die Bedingung Absaugmenge größer als die Einblasmenge erfüllt wird, und dass durch die Druckausgleichseinheit (7) eine Ausgleichsmenge eingebracht wird, um eine Druckentkopplung von Durchlaufofen (10) und Rüssel (9) zu erreichen.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine gegenüber der Einblasmenge um mindestens 50Nm3/h größere Absaugmenge abgesaugt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichsmenge aufgrund der Differenz eines ersten Drucksensors (14.1) am Ausgang des Durchlaufofens (10) und eines zweiten Drucksensors (14.2) zwischen Beschichtungsbadspiegel (12) und Druckausgleichseinheit (7) geregelt wird, und dass die Differenz in einem Bereich von größer 0 mbar, vorzugsweise größer 0,1 mbar, bis 0,7 mbar gehalten wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgas mit 4m/s bis 10m/s auf das Flachprodukt (11) aufgeblasen wird.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzgas mit einer Temperatur von 500°C bis 650°C eingeblasen wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Schutzgas Stickstoff oder eine auf Stickstoff basierende Mischungen verwendet wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schutzgas Wasserstoff in einem Bereich von 0,5 Volumen-% bis 10 Volumen-% beigemischt wird, insbesondere wenn ein Grenzwert von für den Sauerstoffgehalt im Rüssel (9) von 10 ppm überstiegen wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Taupunkt im Rüssel (9) auf einen Bereich vom +30°C bis -40°C eingestellt wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Absaugmenge in einer Reinigungseinheit gereinigt wird und als Schutzgas wieder der Einblaseinheit (1), Ausgleichseinheit (7) und/oder dem Durchlaufofen (10) zugeführt wird.
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