EP4299783A1 - Vorrichtung und verfahren zum zum aufbringen einer schicht auf ein stahlflachprodukt - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum zum aufbringen einer schicht auf ein stahlflachprodukt Download PDF

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EP4299783A1
EP4299783A1 EP22182309.9A EP22182309A EP4299783A1 EP 4299783 A1 EP4299783 A1 EP 4299783A1 EP 22182309 A EP22182309 A EP 22182309A EP 4299783 A1 EP4299783 A1 EP 4299783A1
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EP
European Patent Office
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steel product
flat steel
layer
range
nozzle
Prior art date
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Pending
Application number
EP22182309.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Pfob
Johann Strutzenberger
Christian Karl Riener
Harald Unger
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.)
Voestalpine Stahl GmbH
Original Assignee
Voestalpine Stahl GmbH
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Filing date
Publication date
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Priority to EP23164714.0A priority patent/EP4299785A1/de
Priority to PCT/EP2023/066811 priority patent/WO2024002821A1/de
Priority to PCT/EP2023/066821 priority patent/WO2024002824A1/de
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Definitions

  • the present invention relates to a device with which flat steel products can be coated with a layer based on zinc (Zn) or zinc-aluminum-magnesium (ZnAlMg), for example as a protective coating. This is also about a corresponding procedure.
  • flat steel products 100 such as steel strips or steel sheets, are coated with a zinc (Zn) or ZnAlMg alloy to improve corrosion resistance.
  • Zn zinc
  • ZnAlMg alloy zinc alloy melt pool 11
  • this usually happens by introducing the flat steel product 100 from a furnace into a zinc alloy melt pool 11, as in Fig. 1 indicated using an exemplary device 150.
  • it is typically introduced into the bath 11 on the input side E through a trunk 12 with an inert atmosphere.
  • the flat steel product 100 is deflected by a (zinc bath) roller 13 and moved upwards out of the bath 11 on the exit side A.
  • the alloy melt film adhering to the front and back of the flat steel product 100 is stripped with a gas jet from the gas nozzles 15 of a stripping nozzle device to the target thickness (in the micrometer range) or to the target surface area (in g/m 2 ) and the flat steel product 100 then transferred to a cooling area 16.
  • This A continuous process is generally called hot-dip coating.
  • the main problems here are often surface defects in the ZnAlMg layer.
  • a marble effect, a “toothpick” or a “beach pattern” defect can form on the ZnAlMg layer. or slag formation may occur.
  • patents e.g EP20130826634 AM/JMMaigne; JP20080256208 NSSMC/ Oohashi et al.
  • JP20080256208 NSSMC/ Oohashi et al. who try to eliminate similar surface defects (gloss effects or displaced oxide skins) with other means (reducing the O 2 content in the area around the wiper nozzle).
  • ZnAl layers Similar surface defects can also occur in Zn layers that contain a small Al content (typically less than 1% by weight). These layers are referred to here as ZnAl layers.
  • the task is therefore to provide a device in order to be able to coat flat steel products with a ZnAlMg layer or a ZnAl layer, which have a particularly durable and robust protective effect in terms of corrosion, with the surface of the protective coating being particularly homogeneous and without marbling (without “Marbel Effect”) and/or toothpick errors (without “Toothpick”).
  • the aim is to achieve a surface quality that meets the highest customer requirements.
  • the device should consume as little energy as possible, operate inexpensively and be robust in use.
  • a corresponding device which uses a continuous (hot-dipping) process and which allows a flat steel product to be provided with a metallic ZnAlMg layer or a ZnAl layer, which can serve, for example, as a (protective) coating .
  • This layer is intended to protect the steel substrate of the flat steel product from external influences.
  • the corresponding immersion bath is referred to as a zinc melt bath, whereby the term zinc alloy melt bath is intended to include both a melt bath which contains mostly zinc (Zn) and a small admixture of aluminum (Al) (typically less than 1% by weight), as well as a melt pool containing a ZnAlMg alloy.
  • the layer to be applied is also referred to here as a Zn-containing (protective) layer.
  • All embodiments involve applying a Zn-containing (protective) layer to a flat steel product, whereby the layer thickness of this layer should correspond to a target thickness (according to a corresponding specification).
  • This layer is created by passing the flat steel product through a zinc alloy melt bath is guided and gas is blown off on the exit side of the bath by means of a stripping nozzle device which comprises at least one gas nozzle.
  • the device is characterized in all or at least some of the embodiments in that it can be set up or prepared before the layer is applied and blown off in order to produce and coat a flat steel product according to specification with the ZnAlMg layer or the ZnAl layer can.
  • the system parameter(s) and process parameters define a so-called stripping effectiveness AWZ, which is essentially constant during the application of the layer (as long as the corresponding parameters do not change). However, smaller variations in the stripping effectiveness AWZ are possible.
  • the absolute local humidity f is determined in the vicinity of the controlled water vapor atmosphere.
  • the determination of the absolute local humidity f of the controlled water vapor atmosphere is preferably carried out within a predefined, virtual cylinder volume that surrounds or encloses the flat steel product in the area of the at least one gas nozzle.
  • this predefined, virtual cylinder volume defines the close range. Since the gases are mixed close to the front and back of the flat steel product, an area parallel to the front and back of the flat steel product is excluded when defining the virtual cylinder volume.
  • the virtual cylinder volume is preferably delimited by two planes, each of which is at a distance s/2 from the flat steel product.
  • the layer can be produced without marbling or without the formation of toothpick defects. If the determined ambient humidity f UG is currently smaller than that Stripping effectiveness (that is, if f UG ⁇ AWZ), the absolute local humidity f within the controlled water vapor atmosphere is deliberately increased until the absolute local humidity f in the close area is greater than the stripping effectiveness ( f > f UG and f > AWZ). Only then will a layer be produced without marbling or without the formation of toothpick defects.
  • the absolute local humidity f of the controlled steam atmosphere is generated through the use of the steam device.
  • the water vapor device is designed to specifically increase the absolute local humidity f within the controlled water vapor atmosphere, i.e. in the close range.
  • the controlled water vapor atmosphere is defined in a close area of the steam device, or the controlled water vapor atmosphere is provided in a close area of the water vapor device.
  • this close area can be defined by a predefined, virtual cylinder volume which extends on both sides of the flat steel product and which also surrounds or encloses the at least one gas nozzle.
  • this volume can optionally also be defined by a housing or an enclosure that surrounds the flat steel product on both sides. If a housing or enclosure is used, the interior area defined in this way is referred to as the close area.
  • the close range of the steam device comprises a volume in a range of 1 m 3 to 10 m 3 and preferably a volume of at least 2 m 3 , whereby when determining (by direct or indirect measurement) the absolute local humidity within It should be taken into account in the close area that it can be drier directly on the flat steel product due to mixing of the gaseous water vapor with the stripping gas than in areas further away from the flat steel product.
  • the absolute local humidity is preferably increased in a targeted manner in a close area of the steam device (if the ambient humidity f UG should be smaller than AWZ), whereby the monitoring or control of the current absolute local humidity is carried out by means of direct or indirect measurement at a distance of more than 20 cm from the flat steel product in order to avoid the significantly drier area.
  • the device or the stripping nozzle system can include an automatic support control which is designed to automatically adjust the flow rate of the (stripping) gas in order to keep the target thickness of the layer to be applied essentially constant.
  • the automatic circulation control is preferably designed so that it is able to compensate for fluctuations in one or more system parameters and process parameters.
  • the aluminum content (in percent by weight) can be equal to or greater than the magnesium content (in percent by weight) in all embodiments that use a ZnAlMg alloy melt pool.
  • the unavoidable impurities are in a range that is significantly smaller than 1 percent by weight (wt.%), preferably the sum of all unavoidable impurities is less than 0.5 percent by weight.
  • the combination of a precisely defined bath composition, monitoring or observation of the ambient humidity f UG and optionally also the current absolute local humidity f in the vicinity of the steam device and a targeted adjustment of the absolute local humidity f in the vicinity of the steam device can create a surface that shows no or negligibly low marbling and no or negligibly low toothpick defects.
  • the stripping efficiency AWZ is kept essentially constant in order to obtain a consistent layer (which is within the specified specification).
  • the values of the absolute local air humidity f which according to the invention should be present in the vicinity of the flat steel product in the close range, are in the range of 1 g/Nm 3 to 300 g/Nm 3 in all embodiments, preferably in the range of 2.71 g/ Nm 3 to 50 g/Nm 3 , that is, the device can be operated reliably at an absolute local humidity f that is in the specified value range.
  • the stripping nozzle device can optionally be followed by a belt stabilization device, which serves to automatically stabilize the movement of the flat steel product.
  • the ambient humidity f UG is permanently measured.
  • the ambient humidity f UG is measured from time to time.
  • the absolute local air humidity f is permanently measured in the close range.
  • the absolute local air humidity f is measured in the local area from time to time.
  • the device is preferably operated with a bath temperature TB red which is in the range 420 ⁇ TB red ⁇ 460 degrees Celsius. In this area, the formation of slag can also be reduced.
  • This layer 10 is produced by passing the flat steel product 100 from an input side E to an output side A through a zinc molten bath 11 and blowing it off with (wiping) gas G on the output side A using a stripping nozzle device 14.
  • Exemplary devices are in the Figures 2A , 3A and 5 shown.
  • the purpose of the stripping nozzle device 14 is to strip off the excess (still liquid) ZnMgAl layer or ZnAl layer (layer 10) on the flat steel product 100 after it leaves the bath 11.
  • the layer 10 is produced according to the (prescribed) specification (the specification defines, for example, the target thickness) and that no marbling and/or no toothpick errors occur. To be more precise, it is about avoiding these “errors” when environmental conditions change in the production area (e.g. in the production hall). Even if the ambient air humidity f UG should change in the area surrounding the device 150, the device 150 will do so Invention ensures that marbling and/or toothpick defects do not occur and that layer 10 continues to be produced to specification.
  • the specification defines, for example, the target thickness
  • the specification can, for example, specify the target thickness of the layer 10 and/or the target (surface) coverage of the layer 10.
  • the target thickness typically there is a narrow tolerance range for the target thickness.
  • the layer 10 to be created lies within the tolerance range(s), the layer 10 essentially meets the requirements of the specification.
  • the device 150 is operated and controlled in such a way that the layer 10 per band side of the flat steel product 100 has a target thickness that lies within the tolerance window of the specification.
  • the target thickness of the layer 10 per strip side is preferably in the range 3 to 30 ⁇ m in all embodiments, and particularly preferably in the range 4.5 to 15 ⁇ m.
  • the target surface support (coverage per belt side) is in the range from 20 to 200 g/m 2 and particularly preferably in the range from 30 to 100 g/m 2 .
  • the stripping nozzle device 14 comprises at least one gas nozzle 15 (if only one side of the band is to be blown off), or two gas nozzles 15, which are opposite one another (if both sides of the band are to be blown off).
  • the flow rate D of the (wiping) gas G which is released through the nozzle lip gap 17 in the direction of the front or rear, is given here in Nm 3 .
  • Nm 3 stands for standard cubic meters).
  • a standard cubic meter is the amount of a gas G contained in a volume of one cubic meter is. This applies at a temperature of 0 degrees Celsius and a pressure of 1.01325 bar.
  • the absolute local air humidity f in the close area NB and/or the ambient air humidity f UG is preferably monitored continuously or from time to time in all embodiments determined (e.g. through direct or indirect measurement).
  • the device 150 includes a steam device 50 (see Fig. 2A and 5 ), which will be described in detail later.
  • this steam device 50 is preferably located in the area of the exit side A of the bath 11.
  • the absolute local air humidity f in the short range NB (see Fig. 2A , 5 ) of the steam device 50 is specifically adjusted (increased).
  • the corresponding devices 150 include humidity sensors 51 which are arranged in the short-range area NB or which protrude into the short-range area NB in order to be able to monitor the absolute local humidity f in the short-range area NB continuously or from time to time. Controlling the absolute local humidity f in the short range NB enables targeted regulation of the air humidity f in the short range NB.
  • the humidity sensor(s) 51 for determining the absolute local air humidity f can also be arranged at a different location on the device 150 in all embodiments.
  • the device 150 can include at least one humidity sensor 56 for determining the ambient air humidity f UG , as in Fig. 2A and Fig. 5 shown at top right.
  • the measurement/monitoring of the absolute local humidity f can be carried out directly or indirectly (preferably within the close range NB) in all embodiments.
  • Indirect measurement here includes, among other things, measuring the air temperature TL and the relative humidity r and calculating/deriving the absolute local humidity f .
  • the ambient air humidity f UG can also be determined in all embodiments by measuring the air temperature TL and the relative air humidity r of the ambient air and calculating/deriving the absolute ambient air humidity.
  • the values of the absolute local air humidity f which according to the invention should be present directly in the vicinity of the flat steel product 100 in a close area NB between the output side A and the cooling area 16 (if present), are in the range 1 g/m 3 and smaller in all embodiments than 300 g/m 3 .
  • the absolute local air humidity f is preferably in the range 2.71 g/m 3 to 50 g/m 3 in all embodiments.
  • the device 150 enables the targeted adjustment/setting of the absolute local air humidity f in the close range NB in a value range from 1 g/m 3 to 300 g/m 3 .
  • the device 150 can comprise at least one steam generator DG in or at the proximity area NB in all embodiments.
  • Fig. 2A an embodiment is shown with two steam generators DG, which are placed at the upper edge of the short area NB near the front and back of the flat steel product 100.
  • Fig. 5 an embodiment is shown with four steam generators DG, which are placed outside the close area IB and which introduce gaseous water vapor WG near the front and back of the flat steel product 100 into the close area NB via gas lines 54 and inlet bridges 53.
  • one or more steam generator(s) DG is/are preferably used, which is/are designed as a pure steam generator, which generates gaseous water vapor WG from purified or highly purified water.
  • care is taken to ensure that the system parameters and/or process parameters are specified so that the layer 10 to be applied essentially corresponds to the specification. This means that care is taken to ensure that a layer 10 is applied and blown off which, for example, corresponds to the target thickness (within tolerances) and which at the same time shows no or very little marbling and no or only very little toothpick defects.
  • the current flow rate D of the gas G can be adjusted automatically in a known manner (for example in terms of control technology through an automatic support control) in order to keep the target thickness of the layer 10 to be applied essentially constant if one or more of the system parameters and /or process parameters should change.
  • Fig. 3A also shows the nozzle distance Z between the nozzle 15 and the corresponding strip side (here the front) of the flat steel product 100, as well as the thickness d of the nozzle lip gap 17.
  • the nozzle lip gap 17 serves as a gas outlet gap of the stripping nozzle device 14.
  • Fig. 3A additionally shows in a purely schematic form the supply of gaseous water vapor WG according to the invention (by two block arrows on the right and left of the nozzle 15).
  • Fig. 3B shows a schematic representation of the gas pressure curve P, which results along the front of the flat steel product 100.
  • the pressure P depends on the position on the x-axis.
  • the pressure curve P ideally has the shape of a Gaussian curve, as in Fig. 3B indicated.
  • the half-width at the pressure P S/ 2 can be determined from this Gaussian curve, as shown, where P S represents the maximum pressure.
  • 2b is the half width in millimeters.
  • a narrow gas jet is defined by a small half-width 2b. The larger (further) the gas jet becomes, the larger the half-width 2b becomes.
  • Fig. 3C shows a representation of the shear force ⁇ relative to a position on the x-axis (the shear force ⁇ was determined by the negative first derivative of the pressure profile of the pressure profile of Fig. 3B determined). This is the shear force ⁇ , which acts on the layer 10 to be stripped off.
  • ⁇ max defines the maximum shear force occurring on the layer 10 to be stripped off.
  • the belt speed v is preferably in the range from 50 m/min to 200 m/min and particularly preferably between 70 and 150 m/min.
  • the equations that describe the dynamic flow behavior of the gas G on the flat steel product 100 are very complex. This is due, among other things, to the fact that in the gas jet that emerges through the nozzle lip gap 17 of the nozzle 15, areas with laminar and turbulent flow patterns form on the layer 10 of the flat steel product 100.
  • the gas jet sucks in ambient air, which is swirled with the gas G. Details can be found, for example, in the aforementioned publication “Wall Pressure and Shear Stress Measurements Beneath an Impinging Jet”. In addition to the ambient air, the gas jet also sucks in gaseous water vapor WG.
  • Fig. 4 shows a summary graphical representation of several tests, with the absolute humidity f in g/m 3 on the ordinate axis and the stripping effectiveness AWZ (as a summary or generic term for the process and device parameters) on the abscissa.
  • the stripping effectiveness AWZ which can be directly compared with the absolute ambient air humidity f UG , can be determined as follows (inequality (2.1)): f UG > ⁇ Max + 500 ⁇ t ⁇ 636 14
  • Fig. 4 Referenced.
  • the black filled circles of the Fig. 4 represent flat steel products 100 in which marbling has clearly visibly formed on the surface of layer 10 and the gray filled circle stands for a flat steel product 100 in which medium marbling has formed.
  • Fig. 4 Five pairs of experiments (Examples 1 - 5) are shown. The corresponding process and system parameters as well as the stripping effectiveness AWZ and the absolute humidity f , which was measured in the close range NB, are listed in Table 1. Table 1 is as Fig. 7 shown. The The third-to-last column of Table 1 indicates whether the steam device 50 was switched on to increase the local humidity. Black, gray and white circles are shown in Table 1 in accordance with Fig. 4 used. The penultimate column indicates in text form whether there was strong marbling, medium marbling or no marbling and the last column on the far right in Table 1 indicates whether the condition of the inequality f > AWZ was fulfilled.
  • a straight line Ge is inserted as a dividing line in order to separate, as a first approximation, those tests with marbling from those that show no or only negligible marbling. In the tests that lie above the straight line Ge, no marbling or only negligible marbling occurred (a corresponding flat steel product 100 with a layer 10 without marbling is in Fig. 6A shown).
  • the bath temperature TB of the alloy melt pool 11 is preferably in the range 400 ⁇ TB ⁇ 480 degrees Celsius, preferably in the range 409 ⁇ TB ⁇ 473 degrees Celsius, and particularly preferably in the range 420 ⁇ TB ⁇ 460 degrees Celsius.
  • a bath temperature TB in the specified temperature range is specified in all embodiments. Maintaining this temperature window (temperature range) is important because unwanted slag can increasingly form on the flat steel product 100 if you work above the specified range.
  • the bath temperature TB can be adjusted, for example, by means of an inductive heating device 30 (see Fig. 2A and 5 ) or resistance heating can be specified.
  • the alloy melt pool 11 is preferably operated with a reduced bath temperature TB red in all embodiments.
  • the reduced bath temperature TB red is preferably in the already mentioned range 420 ⁇ TB red ⁇ 460 degrees Celsius.
  • the bath temperature TB is an important parameter and can preferably be set/specified relatively freely within the stated temperature limits in all embodiments if other process and system parameters are adjusted at the same time so that AWZ remains essentially constant and if the humidity in the local area NB is adjusted in this way that the condition of the inequality f > AWZ is still fulfilled.
  • the device 150 works particularly reliably within these (value) ranges.
  • a corresponding gas nozzle 15 has a length parallel to the y-axis.
  • the nozzle 15 preferably has an active length (called nozzle length DL), which is the Bandwidth w (see Figs. 6A - 6C ) of the band-shaped flat steel product 100 corresponds.
  • the thickness d of the gas nozzle 15 is defined parallel to the x-axis (see Fig. 3A ).
  • the bandwidth w of the strip-shaped flat steel product 100 is in the range from 500 mm to 2500 mm and particularly preferably in the range from 1159 mm to 1614 mm in all embodiments.
  • the absolute local humidity f in the short area NB is measured permanently or from time to time and if the absolute local humidity f "threatens" to fall below a threshold in the short area NB, which is defined by AWZ, the air humidity is determined by the use of the steam device 50 increased.
  • the steam generator(s) DG can increase the output of gaseous water vapor, or the steam generator(s) DG can be switched on to produce gaseous water vapor.
  • a steam generator DG preferably comprises a steam generator and, for example, a valve 55 (see Fig. 5 ), which can regulate the gas flow through line 54.
  • the steam generator and/or the valve 55 may be connected to the controller 250 in all embodiments (not shown).
  • the measurement of the absolute local air humidity f is not carried out directly at the line of impact at which the gas G hits the layer 10 to be stripped off, since the gas mixture there is relatively “dry” (that is, it contains little air humidity).
  • the measurement of the absolute local air humidity f is preferably carried out in all embodiments directly or indirectly in an area that has at least a distance s/2 of 20 cm from the line of impact.
  • the moisture sensors 51 are located a small distance above the nozzles 15 and the impact lines.
  • the moisture sensors 51 are located a small distance below the nozzles 15 and the impact lines.
  • FIG. 2B A virtual cylinder volume vZV is shown in a schematic representation as an example.
  • This predefined, virtual cylinder volume vZV surrounds or encloses the flat steel product 100 in the area of the at least one gas nozzle 15 (not in Fig. 2B shown).
  • the predefined, virtual cylinder volume vZV defines the short range NB. Since the gases WG and G are mixed close to the front and back of the flat steel product 100, an area parallel to the front and back of the flat steel product 100 is excluded when defining the virtual cylinder volume vZV, as in Fig. 2B shown.
  • the virtual cylinder volume vZV is preferably limited by two planes, each of which has a distance s/2 from the flat steel product 100.
  • the device 150 includes, for example, two moisture sensors 51 (at least one per band side) and a moisture sensor 56. Each of these sensors 51, 56 has two contacts in the schematic representation, which can be connected to a controller 250, for example.
  • the corresponding connections or lines V1, V2, V3, V4, V5, V6 are in Fig. 2A and 5 shown by dashed lines.
  • the humidity is not measured directly, but the current humidity is determined indirectly (e.g. optically).
  • the indirect determination of the absolute local air humidity f can be carried out in all embodiments by measuring the surface property(s) of the coated flat steel product 100 (three examples of a coated flat steel product 100 are in the Figures 6A, 6B and 6C shown).
  • a corresponding measurement of the surface property(s) can be carried out optically, for example, before the optional cooling region 16 or after the optional cooling region 16 (for example by optically measuring the reflectivity of the surface of the layer 10). With little or no marbling, the reflectivity is above a specified limit. If the reflectivity should decrease (e.g. if it falls below a tolerance limit), the humidity in the close area NB can be adjusted so that the inequality f > AWZ is fulfilled again.
  • All embodiments of the device 150 may include a controller 250.
  • this controller 250 can be designed as a computer-aided automation and control unit and include a human-machine interface, a computer and a database.
  • the controller 250 can be part of the overall system control of the device 150 in all embodiments, or it can be connected to the overall system control in all embodiments.
  • the device 150 can then be set up/prepared by adjusting the parameters (system or process parameters). Embodiments are carried out by the overall system control and / or by the controller 250.
  • the already mentioned stripping effectiveness AWZ can be calculated by the controller 250 and/or by the overall system controller. The corresponding formulas are described below. In all embodiments, the stripping effectiveness AWZ can also be determined by external means (e.g. using a workstation computer).
  • an inert gas is used as the (wiping) gas G in all embodiments.
  • Nitrogen or a gas mixture containing nitrogen has proven particularly useful.
  • the suction of dry ambient air can lead to the formation of marbling on layer 10 (if f UG is smaller than AWZ). This is where the invention comes into play by automatically increasing the absolute local humidity f in the controlled water vapor atmosphere in the vicinity NB of the flat steel product 100, while AWZ is kept essentially constant.
  • the inequality (2.2) is preferably implemented in the controller 250 by software, or pairs of numbers for the stripping effectiveness numbers AWZ and for the correspondingly specified minimum humidity f min are stored in one or more tables. Using a lookup table, the controller 250 can then determine a minimum value f min for the absolute local moisture value f for a currently valid stripping effect number AWZ and pass it on to the steam device 50. The water vapor device 50 then generates an absolute local humidity value f in the short area NB, which is greater than f min . In these embodiments, f min corresponds more or less to the straight line Ge in Fig. 4 .
  • parameters in the following numerical or value ranges are preferably used.
  • the individual number or value ranges in Table 2 are not correlated with one another, or only in some areas, since the respective maximum and minimum values come from different experimental examples. Only the respective maximum and minimum values from Table 1 ( Fig. 7 ) and summarized here.
  • Table 2 parameter lower limit Upper limit TB [°C] 430 441 Z [mm] 5.9 9.0 D [Nm 3 /h] 1294 1468 w [mm] 1066 1541 v [m/min] 100 150
  • FIG. 7 From Table 1 (see Fig. 7 ), are concrete numerical values for the in Fig. 4 shown experimental results shown.
  • the table 1 of the Fig. 7 shows five test examples in which layers 10 without (visible) marbling were produced without (visible) marbling by specifying suitable process and/or system parameters, or stripping effectiveness numbers AWZ, and by increasing an absolute local moisture value f in the close range NB (as exemplified in Fig. 6A shown).
  • the first two columns of Table 1 contain those according to the specification specified edition per page and the bandwidth w of the flat steel product 100.
  • Table 1 uses five examples 1 - 5 to show the use of a steam device 50 to increase the absolute local air humidity f in the local area NB.
  • the nozzle distance Z, the nozzle lip gap d and the belt speed v were kept constant; the circulation, the bandwidth w, the nozzle pressure, the flow D and the bath temperature TB were not deliberately changed and are only subject to those in production usual spreads.
  • the stripping effectiveness AWZ calculated from this remains essentially unchanged ( ⁇ 10%).
  • the device 150 is operated in all embodiments in such a way that the calculated stripping effectiveness AWZ changes by a maximum of ⁇ 5% when increasing the absolute local humidity f in the close range NB and adjusting the process and system parameters.
  • Example 1 The initial situation for Example 1 is shown in Table 1 under 1.1 (Table 1, line 1.1): With the given process and wiper nozzle parameters According to inequality (2.2), this results in a stripping effectiveness AWZ of 9.6 with a current absolute ambient air humidity f UG of 3.8 g/m 3 .
  • the local absolute humidity f applicable in the local area NB was increased from 3.8 to 20.6 g/m 3 using a steam device 50, with the process and wiper nozzle parameters being maintained within the usual process variations (Table 1, line 1.2).
  • Table 1, line 1.2 After deliberately increasing the air humidity f , the condition from inequality (2.2) for marbling-free production, namely f > AWZ, was fulfilled. In fact, marbling defects no longer occurred on layer 10 under these conditions.
  • a block arrow labeled 1.1 ⁇ 1.2 identifies this first example.
  • Examples 2-5 are to be understood analogously to example 1.
  • a block arrow labeled 2.1 ⁇ 2.2 identifies the 2nd example and a block arrow labeled 3.1 ⁇ 3.2 identifies the 3rd example.
  • Examples 4 and 5 are also in Fig. 4 marked accordingly.
  • a further embodiment of a device 150 is shown, whereby an approach for directly measuring the absolute local air humidity f in the close range NB and the ambient air humidity f UG in the area surrounding the device 150 is also used.
  • the structure of the device 150 is similar to that in Fig. 2A Device 150 shown, therefore the description of the Fig. 2A referred.
  • the device 150 has the Fig. 5 however, a housing 52.
  • a housing 52 is optional since it is sufficient for the invention if the water vapor device 50 generates a sufficiently high, absolute local air humidity f in the close range NB.
  • the liquid ZnAlMg alloy or ZnAl alloy is located in the bath 11, which is shown here as a rectangular container that is open at the top.
  • the steel flat product 100 which has a strip shape, is in Fig. 5 only a short length section is shown after emerging from the bath 11.
  • the flat steel product 100 is passed vertically out of the bath 11 in the direction of the x-axis at the belt speed v between two opposing gas nozzles 15 of the stripping nozzle device.
  • the steam device 50 here includes the already mentioned housing 52, which is defined here, for example, by the shape of an approximately cylindrical body in 3-dimensional space.
  • This approximately cylindrical housing 52 of the steam device 50 is indicated schematically.
  • the housing 52 here consists of two housing halves, which are arranged symmetrically to the x-axis.
  • the close range NB defined in this way lies between the two housing halves.
  • the housing 52 of the steam device 50 can be divided purely mentally into four quadrants in the schematic sectional view.
  • the steam device 50 here comprises one steam generator DG per quadrant (that is, two steam generators DG per housing half).
  • Each of the steam generators DG is arranged outside the close area NB (or outside the housing 52).
  • each steam generator DG can introduce gaseous water vapor WG into the local area NB via a corresponding gas line 54, a valve 55 and an inlet bridge 53.
  • each inlet bridge 53 is fluidly connected to the short area NB via at least one passage opening in the housing 52.
  • Gas can thus flow from the respective steam generator DG through the line 54, the valve 55 and the inlet bridge 53 into the local area NB.
  • the housing 52 can optionally have a series of such passage openings parallel to the y-axis so that the gas WG can be distributed evenly in the short area NB.
  • the housing 52 of the steam device 50 sits directly on the nozzles 15 of the stripping nozzle device and has a housing height that is defined parallel to the x-axis.
  • the housing length which is defined parallel to the y-axis, corresponds in all embodiments to at least the bandwidth w of the flat steel product 100 and/or the length DL of the nozzle 15 (also defined parallel to the y-axis).
  • the housing 52 of the steam device 50 can also have a different shape in all embodiments.
  • Each of the nozzles 15 is, as indicated schematically, fed with the inert (stripping) gas G by means of pumps P G.
  • the two pumps P G are connected to the controller 250 in terms of control technology (or regulation technology) and the controller 250 can, for example, control the gas flow rate D per band side.
  • the corresponding connecting lines or lines are in Fig. 5 designated V7, V8, V9 and V10.
  • a pump P G for example, is referred to here as a blower with control valves.
  • all embodiments of the device 150 include a control of the flow rate D of the gas G (called automatic circulation control), which is designed so that despite a change in the other process and system parameters, a layer 10 with a substantially constant target thickness is always produced.
  • the control comprises at least one sensor (not shown) which measures the actual thickness of the layer 10 after the excess zinc melt has been blown off. If the actual thickness is smaller than the target thickness, the control reduces the flow rate D and vice versa.
  • the horizontal y-line described is in the embodiment of Fig. 2A approximately in the area between the nozzles 15 of the stripping nozzle device 14 and the two steam generators DG. In the embodiment of the Fig. 5
  • the y-line described lies between the exit side A of the bath 11 and the nozzles 15 (here a small distance below the nozzles 15).
  • Each of the nozzles 15 can be moved parallel to the z-axis by a motor or actuator (not shown).
  • the motors or actuators can be connected to the controller 250.
  • the control of the nozzle distance Z can be laser-assisted in all embodiments. If the housing halves of the housing 52 are mechanically connected to the nozzles 15, the housing halves can be moved in solidarity with the nozzles.
  • the controller 250 can also be connected to an inductive heater 30 or to an electrical resistance heater of the bath 11 in order to adjust the bath temperature TB.
  • the controller 250 can set the operating frequency for driving the coil(s) 30 via a frequency generator FG. Therefore, the frequency generator FG is connected to the controller 250 in terms of control technology, as indicated.
  • the corresponding connecting lines or lines are designated V11 and V12 in FIG. 5A.
  • the water vapor device 50 is designed to have an absolute local air humidity f in the short range NB in the range of 1 g/m 3 to 300 g/m 3 , preferably in the range of 2.71 g/m 3 up to 50 g/m 3 , the steam device 50 preferably only being switched on or off when f UG ⁇ AWZ.
  • the volume of the short area NB (for example defined by the virtual cylinder volume vZV or by the housing 52) of the steam device 50 can be between 1 m 3 and 10 m 3 in all embodiments.
  • Fig. 8 shows exemplary steps of a method that can be carried out in the devices 150 described.
  • Fig. 8 shows the steps in the form of a flowchart.
  • step S1 the individual components and elements of the device 150 are set up or prepared.
  • the device 150 can be set up or prepared, for example, based on a target specification of the layer 10 to be applied.
  • Setting up or preparing includes defining and (pre)setting the process and system parameters.
  • step S2 Before, during or after setting up S1, the corresponding stripping effectiveness AWZ is determined (step S2). Then based on one of the Inequalities or using a “lookup” table determines whether the condition f > AWZ is met (step S3). If f should be greater than AWZ (YES in the flowchart), the method for applying a layer 10 can start (step S4). If the condition f > AWZ is not met (NO in the flowchart), the method branches to step S5. As part of step S5, the air humidity f in the close area NB is increased by the steam device 50. And it is then checked again in step S3 whether the condition f > AWZ is now fulfilled.
  • process and/or system parameters can also be slightly adjusted in an intermediate step, this adjustment preferably being carried out in all embodiments in such a way that AWZ remains essentially constant.
  • checking the condition f > AWZ can be repeated from time to time during the application of the layer 10 in order to be able to react to changing environmental conditions. If f has reduced in the surroundings or in the vicinity NB of the device 150, it should be checked again (as in step S3) whether the condition f > AWZ is still fulfilled. If yes, then the application of layer 10 continues. If not, then (analogous to step S5) humidity f in the close area NB can be increased.

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Abstract

Vorrichtung (150) zum Aufbringen einer Schicht (10) auf eine Vorder- und/oder Rückseite eines Stahlflachprodukts (100), umfassend:
- ein Zink-Legierungsschmelzbad (11) mit einer Eingangsseite (E) und einer Ausgangsseite (A),
- eine Abstreifdüsenvorrichtung (14) mit mindestens einer Gasdüse (15) zum Abblasen der Vorder- oder Rückseite des Stahlflachproduktes (100) mit Gas (G), wobei die Abstreifdüsenvorrichtung (14) im Bereich der Ausgangsseite (A) angeordnet ist,
eine Wasserdampfvorrichtung (50), die dazu ausgelegt ist gasförmigen Wasserdampf abzugeben und im Nahbereich (NB) der Vorder- und/oder Rückseite des Stahlflachproduktes (100) eine kontrollierte Wasserdampfatmosphäre bereitzustellen, wobei die kontrollierte Wasserdampfatmosphäre eine absolute lokale Feuchtigkeit aufweist, die größer ist als 1 g/m3 und kleiner ist als 300 g/m3.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit der sich Stahlflachprodukte mit einer auf Zink (Zn) oder auf Zink-Aluminium-Magnesium (ZnAlMg) basierenden Schicht, z.B. als Schutzüberzug, beschichten lassen. Es geht hier auch um ein entsprechendes Verfahren.
  • Es ist hinlänglich bekannt, dass Stahlflachprodukte 100, wie Stahlbänder oder Stahlbleche, zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit mit einer Zink-(Zn) oder ZnAlMg-Legierung überzogen werden. Dies geschieht in der Praxis meist indem das Stahlflachprodukt 100 aus einem Ofen kommend in ein Zinklegierungsschmelzbad 11 eingebracht wird, wie in Fig. 1 anhand einer beispielhaften Vorrichtung 150 angedeutet. Um das Stahlflachprodukt 100 vor Oxidation zu schützen, wird es auf der Eingangsseite E typischerweise durch einen Rüssel 12 mit inerter Atmosphäre hindurch in das Bad 11 eingebracht. Im Bad 11 wird das Stahlflachprodukt 100 durch eine (Zinkbad-)Rolle 13 umgelenkt und auf der Ausgangsseite A nach oben aus dem Bad 11 heraus bewegt. Beim Austauchen aus diesem Bad 11 wird der auf der Vorder- und Rückseite anhaftende Legierungsschmelzfilm des Stahlflachproduktes 100 mit einem Gasstrahl aus den Gasdüsen 15 einer Abstreifdüsenvorrichtung auf die Zieldicke (im Mikrometerbereich) oder auf die Sollflächenauflage (in g/m2) abgestreift und das Stahlflachprodukt 100 dann in einen Kühlbereich 16 überführt. Dieses kontinuierlich arbeitende Verfahren wird im allgemeinen Schmelztauchbeschichten genannt.
  • Details eines geeigneten Verfahrens und besonders geeigneter Legierungszusammensetzungen sind zum Beispiel der publizierten Anmeldung WO 2014/033153 A1 des Anmelders VOESTALPINE STAHL GMBH zu entnehmen.
  • Es gibt Stand der Technik, der Wasser oder Wasserdampf im Zusammenhang mit dem Schmelztauchbeschichten von Stahlflachprodukten erwähnt. Im Folgenden sind die entsprechenden Dokumente aufgelistet und es wird deren Inhalt, soweit hier von Interesse, kurz beschrieben.
  • In dem Patent EP0172682B1 von Armco Inc., das im Jahr 1985 angemeldet wurde, geht es um die Kontrolle von Zink-Dampf im Zusammenhang mit dem Schmelztauchbeschichten eines Eisen-basierten Metallbandes. Auf der Eintrittsseite des Tauchbades wird in einem umschlossenen Bereich (vergleichbar mit dem Rüssel 12 in Fig. 1) eine sauerstoff-reduzierte Atmosphäre bereitgestellt, die einen kleinen Anteil an Wasserdampf enthält. Durch diesen kleinen Wasseranteil soll die Bildung von Zink-Dampf an der Oberfläche des Tauchbades verhindert werden. Dabei wird der Taupunkt des an der Eintrittsseite verwendeten Gases so eingestellt, dass sich der Zink-Dampf nicht bilden kann.
  • In der publizierten Patentanmeldung JP2020100886 A2 der Firma Nippon geht es um die Zielsetzung ein verzinktes Stahlband zu erzeugen, das eine Oberfläche mit erhöhtem Reibungskoeffizienten aufweist. Um den Reibungskoeffizienten zu erhöhen, wird nach dem Gas-Abblasen Wasser mit Druck auf die Oberfläche des Stahlflachproduktes aufgespritzt. Die Teilchengröße der Wassertropfen soll mindestens 0,07mm und vorzugsweise mehr als 1,5mm betragen. Durch das Aufspritzen von Wassertropfen werden bewusst Irregularitäten an der Oberfläche des Stahlbandes erzeugt. Dieses Dokument verfolgt eine andere Zielsetzung und die entsprechende technische Lehre geht somit in eine komplett andere Richtung als die vorliegende Erfindung.
  • Neben dem reinen Schutz gegen Korrosion, gibt es immer weitergehende Anforderungen in Sachen Oberflächengüte zinkbeschichteter Stahlflachprodukte. Vor allem die Automobilindustrie erwartet Produkte, die höchsten Oberflächenanforderungen genügen. Das Bereitstellen homogener Oberflächen ist jedoch nicht trivial.
  • Hauptprobleme sind hierbei oftmals Oberflächenstörungen der ZnAlMg-Schicht. An der ZnAlMg-Schicht kann sich zum Beispiel eine Marmorierung (engl.: Marble-Effect), ein «Zahnstocher»- (engl.: «Toothpick») oder «Strandmuster»-Fehler (engl.: «Beach Pattern») ausbilden, oder es kann eine Schlackebildung auftreten. Es gibt Patente (z.B. EP20130826634 AM/J.M.Mataigne; JP20080256208 NSSMC/ Oohashi et al.), die versuchen ähnliche Oberflächenfehler (Glanzeffekte bzw. verschobene Oxidhäute) mit anderen Mitteln (Verringerung des O2-Gehalts in der Umgebung der Abstreifdüse) abzustellen.
  • Ähnliche Oberflächenstörungen können unter Umständen auch bei Zn-Schichten aufzutreten, die einen kleinen Al-Anteil (typischerweise kleiner als 1 Gew.%) enthalten. Diese Schichten werden hier als ZnAl-Schichten bezeichnet.
  • Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Vorrichtung bereit zu stellen, um Stahlflachprodukte mit einer ZnAlMg-Schicht oder einer ZnAl-Schicht beschichten zu können, die korrosionstechnisch eine besonders dauerhafte und robuste Schutzwirkung haben, wobei die Oberfläche des Schutzüberzugs besonders homogen und ohne Marmorierung (ohne «Marbel Effect») und/oder Zahnstocher-Fehler (ohne «Toothpick») sein soll. Es wird eine Oberflächenqualität angestrebt, die höchsten Kundenanforderungen gerecht wird.
  • Außerdem soll die Vorrichtung möglichst wenig Energie verbrauchen, kostengünstig zu betreiben und robust im Einsatz sein.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Gemäß Erfindung wird eine entsprechende Vorrichtung bereitgestellt, die ein kontinuierliches (Schmelztauch-)Verfahren zum Einsatz bringt und die es erlaubt ein Stahlflachprodukt mit einer metallischen ZnAlMg-Schicht oder einer ZnAl-Schicht, die z.B. als (Schutz-)Überzug dienen kann, zu versehen. Diese Schicht soll das Stahlsubstrat des Stahlflachprodukts vor äußeren Einflüssen schützen. Im Folgenden wird das entsprechende Tauchbad als Zink-Schmelzbad bezeichnet, wobei der Begriff Zink-Legierungsschmelzbad sowohl ein Schmelzbad umfassen soll, das mehrheitlich Zink (Zn) und eine kleine Beimengung von Aluminium (AI) (typischerweise kleiner als 1 Gew.%) enthält, als auch ein Schmelzbad umfassen soll, das eine ZnAlMg-Legierung enthält. Die aufzubringende Schicht wird hier auch als Zn-enthaltende (Schutz-) Schicht bezeichnet.
  • Es wird eine Vorrichtung zum Aufbringen einer ZnAlMg-Schicht oder einer ZnAl-Schicht auf ein Stahlflachprodukt vorgeschlagen. Diese Vorrichtung umfasst bei allen Ausführungsformen:
    • ein Zink-Legierungsschmelzbad mit einer Eingangsseite und einer Ausgangsseite,
    • eine Abstreifdüsenvorrichtung mit mindestens einer Gasdüse zum Abblasen der Vorder- oder Rückseite des Stahlflachproduktes mit Gas, wobei die Abstreifdüsenvorrichtung im Bereich der Ausgangsseite angeordnet ist,
    • eine Wasserdampfvorrichtung, die so angeordnet und ausgelegt ist, dass diese gasförmigen Wasserdampf abgeben und im Bereich der Vorder- und/oder Rückseite des Stahlflachproduktes eine kontrollierte Wasserdampfatmosphäre bereitstellen kann, wobei die kontrollierte Wasserdampfatmosphäre eine absolute lokale Feuchtigkeit aufweist, die größer ist als 1 g/m3 und kleiner ist als 300 g/m3, wobei die absolute lokale Feuchtigkeit vorzugsweise im Bereich 2,71 g/m3 bis 50 g/m3 liegt.
  • Bei allen Ausführungsformen geht es um das Aufbringen einer Znenthaltenden (Schutz-) Schicht auf ein Stahlflachprodukt, wobei die Schichtdicke dieser Schicht einer Solldicke (gemäß einer entsprechenden Spezifikation) entsprechen soll. Diese Schicht wird erzeugt, indem das Stahlflachprodukt durch ein Zink-Legierungsschmelzbad geführt und auf der Ausgangsseite des Bades mittels einer Abstreifdüsenvorrichtung, die mindestens eine Gasdüse umfasst, mit Gas abgeblasen wird.
  • Die Zink-Legierung des Zink-Legierungsschmelzbads kann bei allen Ausführungsformen vorzugsweise die folgende Zusammensetzung aufweisen:
    • einen Aluminium-Anteil, der im Bereich zwischen 1,0 und 3,0 Gewichtsprozent und vorzugsweise im Bereich zwischen 1,3 und 2,8 Gewichtsprozent liegt,
    • einen Magnesium-Anteil, der im Bereich zwischen 1,0 und 2,5 Gewichtsprozent und vorzugsweise im Bereich zwischen 1,2 und 2,2 Gewichtsprozent liegt, und
    • der Rest des Zink-Legierungsschmelzbads sind Zink und optional einem oder mehreren aus Si, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, Zr, Sr, La, Ce oder Bi ausgewählten zusätzlichen Elementen, wobei der gewichtsbezogene Gehalt jedes dieser zusätzlichen Elemente in der metallischen Beschichtung weniger als 0,1 % beträgt, und unvermeidbare Verunreinigungen.
  • Die Zink-Legierung des Zink-Legierungsschmelzbads kann bei allen Ausführungsformen vorzugsweise die folgende Zusammensetzung aufweisen:
    • einen Aluminium-Anteil, der weniger als 1,0 Gewichtsprozent und vorzugsweise im Bereich zwischen 0,1 und 0,5 Gewichtsprozent liegt, und
    • der Rest des Zink-Legierungsschmelzbads sind Zink und unvermeidbare Verunreinigungen.
  • Die Vorrichtung zeichnet sich bei allen oder bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen dadurch aus, dass diese vor dem Auftragen und Abblasen der Schicht eingerichtet oder vorbereitet werden kann, um ein Stahlflachprodukt gemäß Spezifikation mit der ZnAlMg-Schicht oder der ZnAl-Schicht erzeugen und beschichten zu können.
  • Beim Einrichten/Vorbereiten der Vorrichtung werden einer oder mehrere der folgenden Anlagenparameter und/oder Verfahrensparameter festgelegt:
    • Badtemperatur des Legierungsschmelzbades, und/oder
    • Dicke des Düsenlippenspalts, und/oder
    • Abstands zwischen dem Düsenlippenspalt und der Vorder- bzw. Rückseite des Stahlflachprodukts,
    • Bandbreite des Stahlflachproduktes,
    • Bandgeschwindigkeit, mit der das Stahlflachprodukt entlang der Abstreifdüsenvorrichtung bewegt wird,
    • Durchflussmenge des Gases, das durch den Düsenlippenspalt in Richtung der Vorder- bzw. Rückseite abgegeben wird.
  • Vorzugsweise gelten für die Anlagenparameter und/oder Verfahrensparameter bei allen Ausführungsformen die folgenden Definitionen:
    • die Dicke des Düsenlippenspalts liegt in einem Bereich zwischen 0,5 und 5 mm, vorzugsweise zwischen 0,6 und 2 mm, besonders vorzugsweise zwischen 0,8 und 1,5 mm und/oder
    • die über die Bandbreite wirksame Durchflussmenge (D) im Bereich von 200 bis 8000 Nm3 pro Stunde beträgt, und/oder
    • der Abstand zwischen dem Düsenlippenspalt und der Vorder- bzw. Rückseite des Stahlflachprodukts liegt in einem Bereich zwischen 2 und 15 mm, vorzugsweise zwischen 3 und 12 mm, und/oder
    • die Bandgeschwindigkeit liegt in einem Bereich zwischen 50 und 200 m/min, vorzugsweise zwischen 70 und 150 m/min.
  • Durch den/die Anlagenparameter und Verfahrensparameter wird eine sogenannte Abstreifwirkzahl AWZ definiert, die während des Aufbringens der Schicht im Wesentlichen konstant ist (solange sich die entsprechenden Parameter nicht ändern). Kleinere Variationen der Abstreifwirkzahl AWZ sind jedoch möglich.
  • Alle Ausführungsformen können eine der folgenden Sensorkonstellationen aufweisen:
    • mindestens ein Sensor zum Ermitteln der absoluten lokalen Feuchtigkeit innerhalb des Nahbereichs der Vorrichtung, oder
    • mindestens ein Sensor zum Ermitteln der absoluten lokalen Feuchtigkeit in der Umgebung der Vorrichtung, oder
    • mindestens ein Sensor zum Ermitteln der absoluten lokalen Feuchtigkeit innerhalb des Nahbereichs der Vorrichtung und mindestens ein Sensor zum Ermitteln der absoluten lokalen Feuchtigkeit in der Umgebung der Vorrichtung.
  • Das Verfahren zeichnet sich bei allen oder bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen dadurch aus, dass die ZnAlMg-Schicht oder die ZnAl-Schicht gemäß einer Sollspezifikation auf mindestens eine Seite eines Stahlflachprodukts aufgebracht wird, indem das Stahlflachprodukt durch ein Zink-Legierungsschmelzbad (ZnAI; ZnAlMg) bewegt und auf dessen Ausgangsseite Abstreifgas durch einen Düsenlippenspalt mindestens einer Gasdüse in Richtung des Stahlflachproduktes austritt, um die Schicht gemäß Sollspezifikation abzublasen, wobei durch die folgenden Parameter eine Abstreifwirkzahl AWZ definiert ist, die während des Aufbringens der Schicht im Wesentlichen konstant gehalten wird:
    • d
    Dicke des Düsenlippenspalts der Gasdüse der Abstreifdüsenvorrichtung,
    D
    über die Bandbreite wirksame Durchfluss(menge) des Gases pro Seite des Stahlflachprodukts in Nm3/h,
    w
    Bandbreite des Stahlfachproduktes in mm,
    2b
    Halbwertsbreite der Druckverteilung des Gases am Stahlfachprodukt in mm,
    v
    Bandgeschwindigkeit in m/min, mit der das Stahlfachprodukt entlang der Abstreifdüsenvorrichtung bewegt wird,
    wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
    • Ermitteln der absoluten lokalen Feuchtigkeit in einer kontrollierten Wasserdampfatmosphäre in einem Nahbereich an der Vorder- und/oder Rückseite des Stahlflachprodukts und/oder der Umgebungsluftfeuchte f UG vor dem Durchführen des Verfahrens und/oder während der Durchführung des Verfahrens,
    • In Bezug setzen der ermittelten Feuchtigkeit (die z.B. als absolute Feuchtigkeit ermittelt wurde) mit der Abstreifwirkzahl AWZ, um festzustellen, ob die Bedingung f > AWZ oder f UG > AWZ erfüllt ist,
    • falls die Bedingung erfüllt ist, Initialisieren oder Fortsetzen des Verfahrens zum Aufbringen der Schicht, oder falls die Bedingung nicht erfüllt ist, Erhöhen der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit in der kontrollierten Wasserdampfatmosphäre im Nahbereich durch den Einsatz einer Wasserdampfvorrichtung, die dazu ausgelegt ist gasförmigen Wasserdampf abzugeben, um so die Erfüllung der Bedingung f > AWZ im Nahbereich zu erreichen, um dann das Verfahren zum Aufbringen der Schicht zu initialisieren oder fortzusetzen.
  • Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen wird die Abstreifwirkzahl wie folgt definiert: AWZ = 24,61 ⋅ D 2 ⋅ k w 2 ⋅ d 2 ⋅ b + 3639 ⋅ b v − 45,42 .
    Figure imgb0001
  • Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen wird die Abstreifwirkzahl wie folgt definiert: AWZ = 1 14 ⋅ D 2 ⋅ k ⋅ e − 0,5 ⋅ 1,251 ⋅ 10 4 w 2 ⋅ d 2 ⋅ 25,92 ⋅ − 2 ⋅ ln 0,5 b 2 + 6 ⋅ 10 4 v ⋅ − b 2 2 ⋅ ln 0,5 − 636 .
    Figure imgb0002
  • Es gilt dabei jeweils:
    • d
    ist die Dicke eines Düsenlippenspalts einer Gasdüse der Abstreifdüsenvorrichtung
    D
    über die Bandbreite wirksame Durchfluss(menge) des Gases pro Seite des Stahlflachprodukts
    k
    ist ein einheitenloser Proportionalitätsfaktor
    w
    ist die Bandbreite des Stahlfachproduktes
    2b
    ist die Halbwertsbreite der Druckverteilung des Gases am Stahlfachprodukt
    v
    ist die Bandgeschwindigkeit, mit der das Stahlfachprodukt entlang der Abstreifdüsenvorrichtung bewegt wird.
  • Bei der Ermittlung der Werte für die halbe Halbwertsbreite und den Proportionalitätsfaktor unter der Verwendung des Verhältnisses des Abstands zur Dicke des Düsenlippenspalts gelten dabei folgende Definitionen:
    • Fall 1.1: Z d < 5,2 → b = 1,9 ⋅ d 2
      Figure imgb0003
       und k = 1
    • Fall 1.2: 5,2 ≤ Z d < 10 → b = − Z d 4 ⋅ 3,22 ⋅ 10 − 4 + Z d 3 ⋅ 9,78 ⋅ 10 − 3 − Z d 2 ⋅ 8,39 ⋅ 10 − 2 + Z d ⋅ 2,72 ⋅ 10 − 1 + 1,62 ⋅ d 2 → k = − Z d 4 ⋅ 6,05 ⋅ 10 − 4 + Z d 3 ⋅ 2,2 ⋅ 10 − 2 − Z d 2 ⋅ 2,89 ⋅ 10 − 1 + Z d ⋅ 1,55 − 1,9
      Figure imgb0004
    • Fall 1.3: Z d ≥ 10 → b = 0,125 ⋅ Z
      Figure imgb0005
       und k = 6,5 ⋅ d Z
      Figure imgb0006
  • Um eine Marmorierung und/oder die Bildung von Zahnstocher-Fehlern der zu produzierenden ZnAlMg-Schicht oder ZnAl-Schicht zu verhindern, wird bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen die absolute lokale Feuchtigkeit f im Nahbereich der kontrollierten Wasserdampfatmosphäre ermittelt. Vorzugsweise wird das Ermitteln der absoluten lokalen Feuchtigkeit f der kontrollierten Wasserdampfatmosphäre bei allen Ausführungsformen innerhalb eines vordefinierten, virtuellen Zylindervolumens vorgenommen, das das Stahlflachprodukt im Bereich der mindestens einen Gasdüse umgibt oder umschließt. Dieses vordefinierte, virtuelle Zylindervolumen definiert in diesem Fall den Nahbereich. Da es nahe an der Vorder- und Rückseite des Stahlflachproduktes zu einer Durchmischung der Gase kommt, wird bei der Definition des virtuellen Zylindervolumens ein Bereich parallel zu der Vorder- und Rückseite des Stahlflachproduktes ausgenommen. Vorzugsweise wird das virtuelle Zylindervolumen zu diesem Zweck durch zwei Ebenen begrenzt, die je einen Abstand s/2 zum Stahlflachprodukt haben.
  • Falls die ermittelte Umgebungsfeuchte f UG größer ist als die Abstreifwirkzahl (das heißt, falls f UG > AWZ), so kann die Schicht ohne Marmorierung oder ohne die Bildung von Zahnstocher-Fehlern produziert werden. Falls die ermittelte Umgebungsfeuchte f UG momentan kleiner sein sollte ist als die Abstreifwirkzahl (das heißt, falls f UG < AWZ), so wird die absolute lokale Feuchtigkeit f innerhalb der kontrollierten Wasserdampfatmosphäre gezielt erhöht, bis die absolute lokale Feuchtigkeit f im Nahbereich größer ist als die Abstreifwirkzahl (f > f UG und f > AWZ). Erst dann wird eine Schicht ohne Marmorierung oder ohne die Bildung von Zahnstocher-Fehlern produziert.
  • Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen wird die absolute lokale Feuchtigkeit f der kontrollierten Wasserdampfatmosphäre durch den Einsatz der Wasserdampfvorrichtung erzeugt. Das heißt, die Wasserdampfvorrichtung ist dazu ausgelegt die absolute lokale Feuchtigkeit f innerhalb der kontrollierten Wasserdampfatmosphäre, das heißt im Nahbereich, gezielt zu erhöhen.
  • Bei allen Ausführungsformen ist die kontrollierte Wasserdampfatmosphäre in einem Nahbereich der Wasserdampfvorrichtung definiert, bzw. die kontrollierte Wasserdampfatmosphäre wird in einem Nahbereich der Wasserdampfvorrichtung bereitgestellt. Dieser Nahbereich kann bei allen Ausführungsformen durch ein vordefiniertes, virtuelles Zylindervolumen definiert sein, das sich beidseits des Stahlflachprodukts erstreckt und das auch die mindestens eine Gasdüse umgibt oder umschliesst. Dieses Volumen kann bei allen Ausführungsformen optional aber auch durch ein Gehäuse oder eine Einhausung definiert sein, die das Stahlflachprodukt beidseits umgibt. Falls ein Gehäuse oder eine Einhausung zum Einsatz kommt, wird der so definierte Innenbereich als Nahbereich bezeichnet.
  • Der Nahbereich der Wasserdampfvorrichtung umfasst bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen ein Volumen in einem Bereich von 1 m3 bis 10 m3 und vorzugsweise ein Volumen von mindestens als 2 m3, wobei beim Ermitteln (durch direkte oder indirekte Messung) der absoluten lokalen Feuchtigkeit innerhalb des Nahbereichs zu berücksichtigen ist, dass es unmittelbar am Stahlflachprodukt wegen einer Durchmischung des gasförmigen Wasserdampfs mit dem Abstreifgas trockener sein kann als in weiter vom Stahlflachprodukt beabstandeten Bereichen.
  • Die absolute lokale Feuchtigkeit wird bei allen Ausführungsformen vorzugsweise in einem Nahbereich der Wasserdampfvorrichtung gezielt erhöht (falls die Umgebungsfeuchte f UG kleiner sein sollte als AWZ), wobei die Überwachung oder Kontrolle der momentanen absolute lokale Feuchtigkeit mittels direkter oder indirekter Messung in einem Abstand von mehr als 20 cm vom Stahlflachprodukt erfolgt, um den deutlich trockeneren Bereich zu vermeiden.
  • Die Vorrichtung oder das Abstreifdüsensystem kann bei allen Ausführungsformen eine automatische Auflagenregelung umfassen, die dazu ausgelegt ist, die Durchflussmenge des (Abstreif-)Gases automatisch anzupassen, um die Solldicke der aufzubringenden Schicht im Wesentlichen konstant zu halten. Die automatische Auflagenregelung ist vorzugsweise so ausgelegt, dass sie in der Lage ist Schwankungen von einem oder mehreren Anlagenparametern und Verfahrensparameter auszugleichen.
  • Der Aluminium-Anteil (in Gewichtsprozent) kann bei allen Ausführungsformen, die ein ZnAlMg-Legierungsschmelzbad einsetzen, gleich dem oder größer als der Magnesium-Anteil (in Gewichtsprozent) sein.
  • Bei allen Ausführungsformen oder mindestens einem Teil der Ausführungsformen liegen die unvermeidbare Verunreinigungen in einem Bereich, der deutlich kleiner ist als 1 Gewichtsprozent (Gew.%), vorzugsweise ist die Summe aller unvermeidbaren Verunreinigungen kleiner als 0,5 Gewichtsprozent.
  • Die Kombination aus einer genau definierten Badzusammensetzung, aus einer Überwachung oder Beobachtung der Umgebungsfeuchte f UG und optional auch der momentanen absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit f im Nahbereich der Wasserdampfvorrichtung und einer gezielten Anpassung der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit f im Nahbereich der Wasserdampfvorrichtung kann eine Oberfläche erzeugt werden, die keine oder eine vernachlässigbar geringe Marmorierung und keine oder vernachlässigbar geringe Zahnstocher-Fehler zeigt. Während der Produktion einer entsprechenden Schicht wird der Abstreifwirkzahl AWZ im Wesentlichen konstant gehalten, um eine gleichbleibende Schicht (die innerhalb der vorgegebenen Spezifikation liegt) zu erhalten.
  • Die Werte der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit f, die gemäß Erfindung in der Nähe des Stahlflachproduktes in dem Nahbereich vorliegen sollen, liegen bei allen Ausführungsformen im Bereich von 1 g/Nm3 bis 300 g/Nm3, vorzugsweise im Bereich von 2,71 g/Nm3 bis 50 g/Nm3, das heißt die Vorrichtung kann bei einer absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit f, die im genannten Wertebereich liegt, zuverlässig betrieben werden.
  • Nach der Abstreifdüsenvorrichtung kann bei allen Ausführungsformen optional auch eine Bandstabilisierungseinrichtung folgen, die zum automatisieren Stabilisieren der Bewegung des Stahlflachprodukts dient.
  • Die Vorrichtung wird bei allen Ausführungsformen vorzugsweise in dem/den folgenden Bereichen betrieben:
    • Legierungsschmelzbad mit einer Badtemperatur TB im Bereich 400 < TB < 480 Grad Celsius, vorzugsweise im Bereich 409 < TB < 473 Grad Celsius, und besonders vorzugsweise im Bereich 420 < TB < 460 Grad Celsius,
    • Düsenabstand gegenüber dem Stahlflachprodukt, der zwischen 2 und 15 mm, vorzugsweise zwischen 3 und 12 mm, beträgt,
    • Abblasen des Stahlflachproduktes auf der Ausgangsseite des Legierungsschmelzbades mit dem (Abstreif-)Gas, das durch den Düsenlippenspalt in Richtung des Stahlflachproduktes mit einer Gas-Durchflussmenge strömt, die je Meter Bandbreite im Bereich von 200 bis 8000 Nm3 pro Stunde beträgt.
  • Die Festschreibung der oben definierten ZnAI- und ZnAlMg-Legierungskonzepte ergibt sich aus zahleichen Untersuchungen und Berechnungen. Innerhalb der angegebenen Grenzen der hier definierten Legierungskonzepte hat sich die hier präsentierte technische Lehre besonders bewährt.
  • Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen wird die Umgebungsfeuchte f UG permanent gemessen.
  • Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen wird die Umgebungsfeuchte f UG von Zeit zu Zeit gemessen.
  • Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen wird die absolute lokale Luftfeuchtigkeit f im Nahbereich permanent gemessen.
  • Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen wird die absolute lokale Luftfeuchtigkeit f im Nahbereich von Zeit zu Zeit gemessen.
  • Vorzugsweise wird die Vorrichtung bei allen Ausführungsformen mit einer Badtemperatur TBred betrieben, die im Bereich 420 < TBred < 460 Grad Celsius liegt. In diesem Bereich kann zusätzlich die Bildung von Schlacke verringert werden.
  • Anhand konkreter Versuche konnte belegt werden, dass das hier beschriebene Verfahren in der Tat zu sehr guten Ergebnissen führt. Es hat sich gezeigt, dass durch eine gezielte (Vor-)Einstellung des Abstreifprozesses (respektive der entsprechenden Abstreifwirkzahl AWZ) hervorragende Ergebnisse erzielt werden können, solange die absolute lokale Luftfeuchtigkeit f im Nahbereich größer eingestellt ist bzw. vorgegeben wird als die Abstreifwirkzahl AWZ.
  • Die Entwicklung des neuen Verfahrens und der gezielten Anpassung der absoluten Luftfeuchtigkeit f im Nahbereich an die (Verfahrens- und Anlagen-) Parameter (respektive an die entsprechende Abstreifwirkzahl AWZ) geht zurück auf theoretische Betrachtungen, diverse Simulationen von Abstreifvorgängen und auf zahlreiche Versuche.
  • Die Vorgänge im Bereich der Abstreifdüsenvorrichtung und am Stahlflachprodukt sind hochkomplex und hängen von zahlreichen (Verfahrens- und Anlagen-) Parametern und Einflussgrößen (respektive der entsprechenden Abstreifwirkzahl) ab. Daher setzt die Vorrichtung auf einige vereinfachte Annahmen und Festlegungen, um reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten.
  • Durch eine gezielte Erhöhung der absoluten lokalen Feuchtigkeit f innerhalb der kontrollierten Wasserdampfatmosphäre (Nahbereich genannt) werden für die Definition bzw. Festlegung der Verfahrens- und Anlagenparameter zusätzliche Freiheitsgrade gewonnen.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
    • ZEICHNUNGEN
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.
    • FIG. 1
    zeigt eine stark schematisierte Darstellung einer bekannten Vorrichtung zum Tauchbeschichten und Abstreifen von Stahlflachprodukten (Stand der Technik);
    FIG. 2A
    zeigt eine stark schematisierte Darstellung einer ersten beispielhaften Vorrichtung, in der das Verfahren der Erfindung zum Einsatz kommt;
    FIG. 2B
    zeigt eine stark schematisierte Darstellung, die zur Definition des virtuellen Zylindervolumens dient;
    FIG. 3A
    zeigt eine stark schematisierte Seitenansicht einer Abstreifdüsenvorrichtung mit nur einer Düse und zwei Düsen der Wasserdampfvorrichtung, um einige der hier relevanten Verfahrens- und Anlagenparameter definieren zu können (diese Darstellung ist nicht maßstabsgetreu);
    FIG. 3B
    zeigt eine schematische Darstellung des Druckverlaufs P an der Oberfläche der Beschichtungbezogen auf eine Position auf der x-Achse;
    FIG. 3C
    zeigt eine schematische Darstellung des Scherkraftverlaufs τ an der Oberfläche der Beschichtung bezogen auf eine Position auf der x-Achse;
    FIG. 4
    zeigt eine zusammenfassende grafische Darstellung mehrerer beispielhafter Versuche, wobei auf der Ordinatenachse die absolute Luftfeuchtigkeit f und auf der Abszisse die Abstreifwirkzahl AWZ aufgetragen sind;
    FIG. 5
    zeigt eine stark schematisierte Schnittdarstellung einer weiteren Vorrichtung der Erfindung, in der das Verfahren der Erfindung zum Einsatz kommt;
    FIG. 6A
    zeigt eine stark schematisierte Darstellung einer Bandseite eines Stahlflachprodukts, das keine Marmorierung aufweist;
    FIG. 6B
    zeigt eine stark schematisierte Darstellung einer Bandseite eines Stahlflachprodukts, das eine mittlere Marmorierung aufweist;
    FIG. 6C
    zeigt eine stark schematisierte Darstellung einer Bandseite eines Stahlflachprodukts, das eine starke Marmorierung aufweist;
    FIG. 7
    zeigt eine Tabelle mit beispielhafte Versuchsergebnissen des hier beschriebenen Verfahrens;
    FIG. 8
    zeigt beispielhafte Schritte des hier beschriebenen Verfahrens.
    Detaillierte Beschreibung
  • Es geht hier um eine Vorrichtung 150 (siehe beispielsweise Fig. 2A) zum Aufbringen einer Schicht 10 auf ein bandförmiges Stahlflachprodukt 100 (siehe Fig. 2B, wo beidseitig je eine Schicht 10 andeutungsweise zu erkennen ist). Diese Schicht 10 wird erzeugt, indem das Stahlflachprodukt 100 von einer Eingangsseite E zu einer Ausgangsseite A durch ein Zink-Schmelzbad 11 geführt und auf der Ausgangsseite A mittels einer Abstreifdüsenvorrichtung 14 mit (Abstreif-)Gas G abgeblasen wird. Beispielhafte Vorrichtungen sind in den Figuren 2A, 3A und 5 gezeigt. Zweck der Abstreifdüsenvorrichtung 14 ist es, die überschüssige (noch flüssige) ZnMgAl-Schicht oder ZnAl-Schicht (Schicht 10) auf dem Stahlflachprodukt 100 nach Austritt aus dem Bad 11 abzustreifen.
  • Im Rahmen der Erfindung ist darauf zu achten, dass die Schicht 10 gemäß (vorgegebener) Spezifikation (die Spezifikation definiert z.B. die Solldicke) erzeugt wird, und dass keine Marmorierung und/oder keine Zahnstocher-Fehler auftreten/auftritt. Es geht genauer ausgedrückt um die Vermeidung dieser «Fehler» bei sich im Produktionsbereich (z.B. in der Fertigungshalle) ändernden Umgebungsbedingungen. Auch wenn sich in der Umgebung der Vorrichtung 150 die Umgebungsluftfeuchte f UG ändern sollte, wird durch die Vorrichtung 150 gemäß Erfindung sichergestellt, dass keine Marmorierung und/oder Zahnstocher-Fehler auftreten/auftritt und dass die Schicht 10 weiterhin gemäß Spezifikation produziert wird.
  • Die Spezifikation kann bei allen Ausführungsformen beispielweise die Solldicke der Schicht 10 und/oder die Soll(Flächen-)Auflage der Schicht 10 vorgeben. Typischerweise gibt es zu der Solldicke einen eng vorgegebenen Toleranzbereich. Solange die zu erzeugende Schicht 10 innerhalb des/der Toleranzbereichs/e liegt, erfüllt die Schicht 10 im Wesentlichen die Vorgaben der Spezifikation.
  • Die Vorrichtung 150 wird bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen so betrieben und kontrolliert, dass die Schicht 10 je Bandseite des Stahlflachprodukts 100 eine Solldicke aufweist, die innerhalb des Toleranzfensters der Spezifikation liegt. Vorzugsweise liegt die Solldicke der Schicht 10 je Bandseite bei allen Ausführungsformen im Bereich 3 bis 30 µm, und besonders vorzugsweise im Bereich 4,5 bis 15 µm.
  • Vorzugsweise liegt die Sollflächenauflage (Auflage pro Bandseite) bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen im Bereich von 20 bis 200 g/m2 und besonders vorzugsweise im Bereich von 30 bis 100 g/m2.
  • Die Vorgänge im Bereich der Abstreifdüsenvorrichtung 14 und am Stahlflachprodukt 100 sind hochkomplex und hängen von zahlreichen Parametern und Einflussgrößen ab.
  • Die Abstreifdüsenvorrichtung 14 umfasst bei allen Ausführungsformen mindestens eine Gasdüse 15 (falls nur eine Bandseite abgeblasen werden soll), oder zwei Gasdüsen 15, die einander gegenüberstehen (falls beide Bandseiten abgeblasen werden sollen). In den Figuren 2A und 5 sind Ausführungsformen mit zwei Düsen 15 und in Fig. 3A ist eine Ausführungsform mit nur einer Düse 15 gezeigt. Die Durchflussmenge D des (Abstreif-)Gases G, das durch den Düsenlippenspalt 17 in Richtung der Vorder- bzw. Rückseite abgegeben wird, wird hier in Nm3 angegeben. (Nm3 steht für Normkubikmeter). Ein Normkubikmeter ist die Menge eines Gases G, die in einem Volumen von einem Kubikmeter enthalten ist. Dies gilt bei einer Temperatur von 0 Grad Celsius und einem Druck von 1,01325 bar.
  • Um eine ZnAlMg-basierte Schicht 10 zuverlässig aufbringen zu können, die im Wesentlichen der Solldicke entspricht, weist die Zink-Legierung des Zink-Legierungsschmelzbads 11 bei allen oder bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen die folgende Zusammensetzung auf:
    • einen Aluminium-Anteil, der im Bereich zwischen 1,0 und 3,0 Gewichtsprozent und vorzugsweise im Bereich zwischen 1,3 und 2,8 Gewichtsprozent liegt,
    • einen Magnesium-Anteil, der im Bereich zwischen 1,0 und 2,5 Gewichtsprozent und vorzugsweise im Bereich zwischen 1,2 und 2,2 Gewichtsprozent liegt, und
    • der Rest des Zink-Legierungsschmelzbads 11 sind Zink und optional einem oder mehreren aus Si, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, Zr, Sr, La, Ce oder Bi ausgewählten zusätzlichen Elementen, wobei der gewichtsbezogene Gehalt jedes dieser zusätzlichen Elemente in der metallischen Beschichtung (das heißt in der Schicht 10) weniger als 0,1 % beträgt, und unvermeidbare Verunreinigungen.
  • Bei allen Ausführungsformen oder mindestens einem Teil der Ausführungsformen, die eine ZnAlMg-basierte Schicht 10 betreffen, wird als Legierungsschmelzbad 11 ein metallisches Bad mit einer besonders bevorzugten ZnAlMg-Legierung vorgelegt, die sich nach dem folgenden Legierungskonzept zusammensetzt:
    • der Aluminium-Anteil (in Gewichtsprozent) liegt im Bereich zwischen 2,09 und 2,66 Gewichtsprozent;
    • der Magnesium-Anteil (in Gewichtsprozent) liegt im Bereich zwischen 1,45 und 2,24 Gewichtsprozent;
    • der Aluminium-Anteil (in Gewichtsprozent) ist größer als der Magnesium-Anteil (in Gewichtsprozent);
    • der Rest sind Zink und optional einem oder mehreren aus Si, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, Zr, Sr, La, Ce oder Bi ausgewählten zusätzlichen Elementen, wobei der gewichtsbezogene Gehalt jedes dieser zusätzlichen Elemente in der metallischen Beschichtung (das heißt in der Schicht 10) weniger als 0,1 % beträgt, und unvermeidbare Verunreinigungen.
  • Um eine ZnAl-basierte Schicht 10 zuverlässig aufbringen zu können, die im Wesentlichen der Solldicke entspricht, weist die Zink-Legierung des Zink-Legierungsschmelzbads 11 bei allen oder bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen die folgende Zusammensetzung auf:
    • einen Aluminium-Anteil, der weniger als 1,0 Gewichtsprozent und vorzugsweise im Bereich zwischen 0,1 und 0,5 Gewichtsprozent liegt, und
    • der Rest des Zink-Legierungsschmelzbads sind Zink und unvermeidbare Verunreinigungen.
  • Um die Bildung der Marmorierung und/oder Zahnstocher-Fehler zu verhindern oder die Marmorierung und Zahnstocher-Fehler deutlich zu reduzieren, wird vorzugsweise bei allen Ausführungsformen kontinuierlich oder von Zeit zu Zeit die absolute lokale Luftfeuchtigkeit f im Nahbereich NB und/oder die Umgebungsluftfeuchtigkeit f UG ermittelt (z.B. durch direkte oder indirekte Messung).
  • Die Vorrichtung 150 umfasst bei allen Ausführungsformen eine Wasserdampfvorrichtung 50 (siehe Fig. 2A und 5), die noch im Detail beschrieben wird. Diese Wasserdampfvorrichtung 50 befindet sich vorzugsweise bei allen Ausführungsformen im Bereich der Ausgangsseite A des Bades 11.
  • Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen wird die absolute lokale Luftfeuchtigkeit f im Nahbereich NB (siehe Fig. 2A, 5) der Wasserdampfvorrichtung 50 gezielt eingestellt (erhöht). In Fig. 2A und 5 umfassen die entsprechenden Vorrichtungen 150 Feuchtesensoren 51, die im Nahbereich NB angeordnet sind, oder die in den Nahbereich NB hineinragen, um die absolute lokale Luftfeuchtigkeit f im Nahbereich NB kontinuierlich oder von Zeit zu Zeit kontrollieren zu können. Die Kontrolle der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit f im Nahbereich NB ermöglicht eine gezielte Regelung der Luftfeuchtigkeit f im Nahbereich NB.
  • Der/die Feuchtesensoren 51 zur Ermittlung der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit f können bei allen Ausführungsformen aber auch an einer anderen Stelle der Vorrichtung 150 angeordnet sein.
  • Die Vorrichtung 150 kann bei allen Ausführungsformen mindestens einen Feuchtesensor 56 zur Ermittlung der Umgebungsluftfeuchtigkeit f UG umfassen, wie in Fig. 2A und Fig. 5 rechts oben gezeigt.
  • Als absolute Luftfeuchtigkeit f wird eine physikalische Größe bezeichnet, die z.B. in der Einheit g/m3 ausgedrückt werden kann. Das heißt, es handelt sich um den Massenanteil des gasförmigen Wasserdampfs WG in einem normierten Volumenkörper, der ein Volumen von 1 m3 hat. Anders ausgedrückt, gibt die absolute Luftfeuchtigkeit f den Gehalt an gasförmigem Wasserdampf in einem Volumenkörper an. f und f UG werden hier als Formelzeichen für die absolute Luftfeuchtigkeit verwendet. Näherungsweise kann die absolute Luftfeuchtigkeit f und f UG bei allen Ausführungsformen aus der Lufttemperatur TL und der relativen Luftfeuchtigkeit r abgeschätzt werden, wobei gilt: f = 13,235 ⋅ r TL + 273,15 ⋅ 10 7,5 ⋅ TL TL + 237,3
    Figure imgb0007
    • r
    relative Luftfeuchtigkeit in %
    TL
    Lufttemperatur in °C.
  • Die Messung/Überwachung der absoluten lokalen Feuchtigkeit f kann bei allen Ausführungsformen direkt oder indirekt (vorzugsweise innerhalb des Nahbereich NB) vorgenommen werden. Als indirekte Messung wird hier unter anderem das Messen der Lufttemperatur TL und der relativen Luftfeuchtigkeit r und das Berechnen/Ableiten der absoluten lokalen Feuchtigkeit f verstanden. Entsprechend kann auch die Umgebungsluftfeuchtigkeit f UG bei allen Ausführungsformen durch das Messen der Lufttemperatur TL und der relativen Luftfeuchtigkeit r der Umgebungsluft und das Berechnen/Ableiten der absoluten Umgebungslufteuchtigkeit ermittelt werden.
  • Die Werte der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit f, die gemäß Erfindung direkt in der Nähe des Stahlflachproduktes 100 in einem Nahbereich NB zwischen der Ausgangsseite A und dem Kühlbereich 16 (falls vorhanden) vorliegen sollen, liegen bei allen Ausführungsformen im Bereich 1 g/m3 und kleiner als 300 g/m3. Vorzugsweise liegt die absolute lokale Luftfeuchtigkeit f bei allen Ausführungsformen im Bereich 2,71 g/m3 bis 50 g/m3.
  • Die Vorrichtung 150 ermöglicht das gezielte Anpassen/Einstellen der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit f im Nahbereich NB in einem Wertebereich von 1 g/m3 bis 300 g/m3.
  • Zu diesem Zweck kann die Vorrichtung 150 bei allen Ausführungsformen mindestens einen Dampfgenerator DG im oder am Nahbereich NB umfassen. In Fig. 2A ist eine Ausführungsform mit zwei Dampfgeneratoren DG gezeigt, die am oberen Rand des Nahbereichs NB nahe der Vorder- und Rückseite des Stahlflachproduktes 100 platziert sind. In Fig. 5 ist eine Ausführungsform mit vier Dampfgeneratoren DG gezeigt, die außerhalb des Nahbereichs IB platziert sind und die über Gasleitungen 54 und Einlassbrücken 53 gasförmigen Wasserdampf WG nahe der Vorder- und Rückseite des Stahlflachproduktes 100 in den Nahbereich NB einbringen.
  • Vorzugsweise kommt/kommen bei allen Ausführungsformen ein oder mehrere Dampfgenerator/en DG zum Einsatz, der/die als Reinstdampferzeuger ausgelegt ist/sind, der/die aus gereinigtem oder hoch gereinigtem Wasser gasförmigen Wasserdampf WG erzeugen.
  • Vor dem Aufbringen der Schicht 10 auf ein Stahlflachprodukt 100 und dem Abblasen der Schicht 10, wird die Vorrichtung 150 eingerichtet oder vorbereitet. Im Rahmen des Einrichtens/Vorbereitens kann/können bei allen Ausführungsformen einer oder mehrere der folgenden Anlagenparameter und/oder Verfahrensparameter festgelegt werden:
    • Badtemperatur TB des Schmelzbades 11, und/oder
    • Dicke d des Düsenlippenspalts 17, und/oder
    • Düsenabstand Z zwischen dem Düsenlippenspalt 17 und der Vorder- bzw. Rückseite des Stahlflachprodukts 100,
    • Bandbreite w des Stahlfachproduktes 100,
    • Bandgeschwindigkeit v, mit der das Stahlfachprodukt 100 durch die Abstreifdüsenvorrichtung 14 bewegt wird,
    • Durchflussmenge D des (Abstreif-)Gases G, das durch den Düsenlippenspalt 17 in Richtung der Vorder- bzw. Rückseite abgegeben wird.
  • Es wird bei allen Ausführungsformen darauf geachtet, dass die Anlagenparameter und/oder Verfahrensparameter so vorgegeben werden, dass die aufzubringende Schicht 10 im Wesentlichen der Spezifikation entspricht. Das heißt, es wird darauf geachtet, dass eine Schicht 10 aufgebracht und abgeblasen wird, die z.B. der Solldicke entspricht (innerhalb von Toleranzen) und die gleichzeitig keine oder nur eine sehr geringe Marmorierung und keine oder nur eine sehr geringe Zahnstocher-Fehler zeigt.
  • Die aktuelle Durchflussmenge D des Gases G kann bei allen Ausführungsformen in bekannter Art und Weise automatisch (zum Beispiel regelungstechnisch durch eine automatische Auflagenregelung) angepasst werden, um die Solldicke der aufzubringenden Schicht 10 im Wesentlichen konstant zu halten, falls sich einer oder mehrere der Anlagenparameter und/oder Verfahrensparameter ändern sollten.
  • Die mathematischen Zusammenhänge, die hier beim Einrichten/Vorbereiten Anwendung finden können, werden noch beschrieben. Es wird auch beschrieben, wie eine sogenannte Abstreifwirkzahl AWZ durch die Verfahrens- und Anlagenparameter definiert werden kann.
  • Fig. 3A zeigt auch den Düsenabstand Z zwischen der Düse 15 und der entsprechenden Bandseite (hier die Vorderseite) des Stahlflachprodukts 100, sowie die Dicke d des Düsenlippenspalts 17. Der Düsenlippenspalt 17 dient als Gasaustrittsspalt der Abstreifdüsenvorrichtung 14.
  • Fig. 3A zeigt zusätzlich in rein schematischer Form die erfindungsgemäße Zufuhr von gasförmigem Wasserdampf WG (durch zwei Blockpfeile rechts und links der Düse 15).
  • Anhand der Fig. 3A können die anpassbaren Parameter (Anlagen- und Verfahrensparameter), respektive die Abstreifwirkzahl AWZ, definiert werden. Wichtige anpassbare Verfahrens- und Anlagenparameter sind
    • die Dicke d des Düsenlippenspalt 17,
    • die Durchflussmenge D des Gases G,
    • der Abstand Z zwischen dem Düsenlippenspalt 17 und der (Band-)Seite des Stahlflachprodukts 100,
    • die Bandgeschwindigkeit v (parallel zur x-Achse verlaufend), mit der das Stahlflachprodukt 100 aus dem Zink-Legierungsschmelzbad 11 herausbewegt wird.
  • Fig. 3B zeigt eine schematische Darstellung des Gas-Druckverlaufs P, der sich entlang der Vorderseite des Stahlflachprodukts 100 ergibt. Der Druck P hängt von der Position auf der x-Achse ab. Der Druckverlauf P hat im Idealfall die Form einer Gausskurve, wie in Fig. 3B angedeutet. An dieser Gausskurve kann die Halbwertsbreite bei dem Druck PS/2 ermittelt werden, wie gezeigt, wobei PS den Maximaldruck darstellt. 2b ist die Halbwertsbreite in Millimetern. Ein schmaler Gasstrahl ist durch eine kleine Halbwertsbreite 2b definiert. Je größer (weiter) der Gasstrahl wird, desto größer wird die Halbwertsbreite 2b. Weitere Details können der Publikation «Wall Pressure and Shear Stress Measurements Beneath an Impinging Jet», C.V. Tu et al., Experimental Thermal and Fluid Science 1996, 16, Seiten 364 - 373, Elsevier Science Inc., entnommen werden.
  • Der Gasstrahl, der aus der Düse 14 austritt, übt zusammen mit der Schwerkraft (falls das Stahlflachprodukt 100 senkrecht aus dem Bad 11 nach oben gezogen wird, wie z.B. in Fig. 2A, und 5 gezeigt) eine Scherkraft τ auf die noch flüssige Schicht 10 aus. Fig. 3C zeigt eine Darstellung der Scherkraft τ bezogen auf eine Position auf der x-Achse (die Scherkraft τ wurde durch die negative erste Ableitung des Druckprofils des Druckprofils der Fig. 3B ermittelt). Es handelt sich hier um die Scherkraft τ, die auf die abzustreifende Schicht 10 einwirkt. Der Verlauf der Scherkraftkurve τ ist in erster Näherung symmetrisch zum Punkt x=0, τ=0 (wenn man die Bandgeschwindigkeit v parallel zur x-Achse vernachlässigt). Genau oberhalb der x=0 Position befindet sich die Düse 15 im Abstand Z > 0. τmax definiert die maximal an der abzustreifenden Schicht 10 auftretende Scherkraft.
  • Zwischen der Zeit t, in der das bandförmige Stahlflachprodukt 100 den Abstand l zwischen den Scherkraftmaxima durchläuft (siehe Fig. 3C), der Bandgeschwindigkeit v und der Halbwertsbreite 2b besteht ein direkter Zusammenhang, wie in Gleichung (1) ausgedrückt: t = 120 v ⋅ − b 2 2 ⋅ ln 0,5
    Figure imgb0008
  • Die Bandgeschwindigkeit v liegt bei allen Ausführungsformen vorzugsweise im Bereich von 50 m/min bis 200 m/min und besonders vorzugsweise zwischen 70 und 150 m/min.
  • Die Gleichungen, die das dynamische Strömungsverhalten das Gases G am Stahlflachprodukt 100 beschreiben, sind sehr komplex. Dies liegt unter anderem daran, dass sich im Gasstrahl, der durch den Düsenlippenspalt 17 der Düse 15 austritt, an der Schicht 10 des Stahlflachproduktes 100 Bereiche mit laminarem und turbulentem Strömungsverlauf ausbilden. Außerdem saugt der Gasstrahl Umgebungsluft an, die mit dem Gas G verwirbelt wird. Details können z.B. der bereits genannten Publikation «Wall Pressure and Shear Stress Measurements Beneath an Impinging Jet» entnommen werden. Zusätzlich zu der Umgebungsluft saugt der Gasstrahl hier auch gasförmigen Wasserdampf WG an.
  • Aufwendige Versuche und statistische Auswertungen der gemessenen Ergebnisse haben aufgrund der komplexen Zusammenhänge keine unmittelbar verwertbaren Ergebnisse in Bezug auf einen Zusammenhang von Abstreifdüsenparametern, Luftfeuchtigkeit und der Marmorierung geliefert. Erst nachdem systematisch verschiedene interne und externe Einflussgrößen untersucht wurden, zeigte sich ein Zusammenhang zwischen dem Grad der Marmorierung an der Schicht 10 und den Umgebungsbedingungen des Versuchsaufbaus. Insbesondere die Luftfeuchtigkeit zeigt einen Einfluss auf die Marmorierung.
  • Weitere gezielte Untersuchungen und die grafische Aufarbeitung der Ergebnisse dieser Versuche zeigten erstmals eine Korrelation zwischen der (Umgebungs-)Luftfeuchtigkeit und der Marmorierung. Fig. 4 zeigt eine zusammenfassende grafische Darstellung mehrerer Versuche, wobei auf der Ordinatenachse die absolute Luftfeuchtigkeit f in g/m3 und auf der Abszisse die Abstreifwirkzahl AWZ (als Zusammenfassung bzw. Oberbegriff für die Verfahrens- und Vorrichtungsparameter) aufgetragen wurden.
  • Durch eine Gewichtung und Addition der beiden Größen τmax und t (siehe auch Fig. 3C und Gleichung (1)) kann die Abstreifwirkzahl AWZ, die direkt mit der absoluten Umgebungsluftfeuchtigkeit f UG verglichen werden kann, wie folgt bestimmt werden (Ungleichung (2.1)): f UG > τ max + 500 ⋅ t − 636 14
    Figure imgb0009
  • Die rechte Seite der Ungleichung (2.1) entspricht der Abstreifwirkzahl AWZ, das heißt, es gilt der folgende Zusammenhang (2.2): f UG > AWZ
    Figure imgb0010
  • Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen wird die Abstreifwirkzahl wie folgt definiert: AWZ = 24,61 ⋅ D 2 ⋅ k w 2 ⋅ d 2 ⋅ b + 3639 ⋅ b v − 45,42 .
    Figure imgb0011
  • Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen wird die Abstreifwirkzahl wie folgt definiert: AWZ = 1 14 ⋅ D 2 ⋅ k ⋅ e − 0,5 ⋅ 1,251 ⋅ 10 4 w 2 ⋅ d 2 ⋅ 25,92 ⋅ − 2 ⋅ ln 0,5 b 2 + 6 ⋅ 10 4 v ⋅ − b 2 2 ⋅ ln 0,5 − 636 .
    Figure imgb0012
  • Es gilt dabei jeweils:
    • d
    ist die Dicke eines Düsenlippenspalts 17 einer Gasdüse 15 der Abstreifdüsenvorrichtung 14
    D
    über die Bandbreite w wirksame Durchfluss(menge) des Gases G pro Seite des Stahlflachprodukts 100
    k
    ist ein einheitenloser Proportionalitätsfaktor
    w
    ist die Bandbreite des Stahlfachproduktes 100
    2b
    ist die Halbwertsbreite der Druckverteilung des Gases G am Stahlfachprodukt 100
    v
    ist die Bandgeschwindigkeit, mit der das Stahlfachprodukt 100 entlang der Abstreifdüsenvorrichtung 14 bewegt wird.
  • Bei der Ermittlung der Werte für die halbe Halbwertsbreite b und den Proportionalitätsfaktor k unter der Verwendung des Verhältnisses des Düsenabstands Z zur Dicke d des Düsenlippenspalts 17 gelten dabei folgende Definitionen (wobei drei Fälle 1.1, 1.2 und 1.3 unterschieden werden):
    • Fall 1.1: Z d < 5,2 → b = 1,9 ⋅ d 2
      Figure imgb0013
       und k = 1
    • Fall 1.2: 5,2 ≤ Z d < 10 → b = − Z d 4 ⋅ 3,22 ⋅ 10 − 4 + Z d 3 ⋅ 9,78 ⋅ 10 − 3 − Z d 2 ⋅ 8,39 ⋅ 10 − 2 + Z d ⋅ 2,72 ⋅ 10 − 1 + 1,62 ⋅ d 2 → k = − Z d 4 ⋅ 6,05 ⋅ 10 − 4 + Z d 3 ⋅ 2,2 ⋅ 10 − 2 − Z d 2 ⋅ 2,89 ⋅ 10 − 1 + Z d ⋅ 1,55 − 1,9
      Figure imgb0014
    • Fall 1.3: Z d ≥ 10 → b = 0,125 ⋅ Z
      Figure imgb0015
       und k = 6,5 ⋅ d Z
      Figure imgb0016
  • Im Folgenden wird auf Fig. 4 Bezug genommen. Die schwarz gefüllten Kreise der Fig. 4 stehen für Stahlflachprodukte 100, bei denen sich an der Oberfläche der Schicht 10 deutlich sichtbar eine Marmorierung gebildet hat und der grau gefüllte Kreis steht für ein Stahlflachprodukte 100, bei dem sich eine mittlere Marmorierung gebildet hat. Die nicht gefüllten Kreise hingegen stehen für keine oder für eine vernachlässigbar geringe Marmorierung. Alle gezeigten Versuche wurden mit einer Dicke des Düsenlippenspalts d=1,0 mm durchgeführt.
  • Insgesamt sind in Fig. 4 fünf Versuchspaare (Beispiele 1 - 5) dargestellt. Die entsprechenden Verfahrens- und Anlagenparameter sowie die Abstreifwirkzahl AWZ und die absolute Luftfeuchtigkeit f, die im Nahbereich NB gemessen wurde, sind in der Tabelle 1 aufgelistet. Die Tabelle 1 ist als Fig. 7 dargestellt. Die drittletzte Spalte der Tabelle 1 gibt an, ob die Wasserdampfvorrichtung 50 zugeschaltet wurde, um die lokale Luftfeuchtigkeit zu erhöhen. Schwarze, graue und weiße Kreise werden in Tabelle 1 in Übereinstimmung mit Fig. 4 verwendet. Die vorletzte Spalte gibt in Textform an, ob eine starke Marmorierung, eine mittlere Marmorierung oder keine Marmorierung vorlag und die letzte Spalte ganz rechts in Tabelle 1 zeigt an, ob die Bedingung der Ungleichung f > AWZ erfüllt war.
  • Es wurde in die Grafik der Fig. 4 eine Gerade Ge als Trennlinie eingefügt, um in einer ersten Näherung diejenigen Versuche mit Marmorierung von den Versuchen zu trennen, die keine oder nur eine vernachlässigbar geringe Marmorierung zeigen. Bei den Versuchen, die oberhalb der Geraden Ge liegen, trat keine oder nur eine vernachlässigbar geringe Marmorierung auf (ein entsprechendes Stahlflachprodukt 100 mit einer Schicht 10 ohne Marmorierung ist in Fig. 6A gezeigt). Die Gerade Ge kann als Funktion der Abstreifwirkzahl AWZ verstanden werden und ist folgendermaßen definiert: f = AWZ
  • Eine detaillierte Auswertung der Versuchsergebnisse zeigt, dass für eine vorgegebene Abstreifwirkzahl AWZ durch das gezielte Erhöhen der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit f im Nahbereich NB sichergestellt werden kann, dass die Ungleichung (2.2) während der Produktion stets erfüllt ist.
  • Vorzugsweise liegt die Badtemperatur TB des Legierungsschmelzbades 11 bei allen Ausführungsformen im Bereich 400 < TB < 480 Grad Celsius, vorzugsweise im Bereich 409 < TB < 473 Grad Celsius, und besonders vorzugsweise im Bereich 420 < TB < 460 Grad Celsius.
  • Für das Betreiben des Schmelzbades 11 wird bei allen Ausführungsformen eine Badtemperatur TB im dem angegebenen Temperaturbereich vorgegeben. Das Einhalten dieses Temperaturfensters (Temperaturbereichs) ist wichtig, da sich vermehrt unerwünschte Schlacke am Stahlflachprodukt 100 bilden kann, wenn man oberhalb des genannten Bereichs arbeitet.
  • Die Badtemperatur TB kann bei allen Ausführungsformen beispielsweise mittels einer Induktivheizvorrichtung 30 (siehe Fig. 2A und 5) oder einer Widerstandsheizung vorgegeben werden.
  • Zum Vermeiden der Schlackebildung wird das Legierungsschmelzbad 11 vorzugsweise bei allen Ausführungsformen mit einer reduzierten Badtemperatur TBred betrieben. Die reduzierte Badtemperatur TBred liegt vorzugsweise in dem bereits erwähnten Bereich 420 < TBred < 460 Grad Celsius.
  • Die Badtemperatur TB ist ein wichtiger Parameter und kann vorzugsweise bei allen Ausführungsformen relativ frei innerhalb der genannten Temperaturgrenzen eingestellt/vorgegeben werden, falls gleichzeitig andere Verfahrens- und Anlagenparameter so angepasst werden, dass AWZ im Wesentlichen konstant bleibt und falls die Luftfeuchtigkeit im Nahbereich NB so angepasst wird, dass weiterhin die Bedingung der Ungleichung f > AWZ erfüllt ist.
  • Beim Betreiben der Vorrichtung 150 wird bei allen Ausführungsformen vorzugsweise darauf geachtet, dass
    • die Dicke d des Düsenlippenspalts 17 in einem Bereich zwischen 0,5 und 5 mm, vorzugsweise zwischen 0,6 und 2 mm, besonders vorzugsweise zwischen 0,8 und 1,5 mm, und/oder
    • die Durchflussmenge D, die im Bereich von 200 bis 8000 Nm3 pro Stunde beträgt, und/oder
    • der Abstand Z in einem Bereich zwischen 2 und 15 mm, vorzugsweise zwischen 3 und 12 mm liegt, und/oder
    • die Bandgeschwindigkeit v in einem Bereich zwischen 50 und 200 m/min, vorzugsweise zwischen 70 und 150 m/min beträgt.
  • Innerhalb dieser (Werte-)Bereiche arbeitet die Vorrichtung 150 besonders zuverlässig.
  • Eine entsprechende Gasdüse 15 hat bei allen Ausführungsformen eine Längenausdehnung parallel zur y-Achse. Vorzugsweise hat die Düse 15 bei allen Ausführungsformen eine aktive Länge (Düsenlänge DL genannt), die der Bandbreite w (siehe Fig. 6A - 6C) des bandförmigen Stahlflachproduktes 100 entspricht. Die Dicke d der Gasdüse 15 ist parallel zur x-Achse definiert (siehe Fig. 3A).
  • Die Bandbreite w des bandförmigen Stahlflachproduktes 100 liegt bei allen Ausführungsformen im Bereich von 500 mm bis 2500 mm und besonders vorzugsweise im Bereich von 1159 mm bis 1614 mm.
  • Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen wird die absolute lokale Luftfeuchtigkeit f im Nahbereich NB permanent oder von Zeit zu Zeit gemessen und falls die absolute lokale Feuchtigkeit f «droht» im Nahbereich NB unter eine Schwelle abzusinken, die durch AWZ definiert ist, wird die Luftfeuchtigkeit durch den Einsatz der Wasserdampfvorrichtung 50 erhöht. Zu diesem Zweck können der/die Dampfgeneratoren DG den Ausstoß von gasförmigem Wasserdampf erhöhen, oder der/die Dampfgeneratoren DG können angeschaltet werden, um gasförmigen Wasserdampf zu produzieren.
  • Ein Dampfgenerator DG umfasst bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen vorzugsweise einen Dampferzeuger und z.B. ein Ventil 55 (siehe Fig. 5), das den Gasfluss durch die Leitung 54 regeln kann. Zu diesem Zweck können der Dampferzeuger und/oder das Ventil 55 bei allen Ausführungsformen mit der Steuerung 250 verbunden sein (nicht gezeigt).
  • Die Messung der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit f wird möglichst nicht direkt an der Auftrefflinie vorgenommen, an welcher das Gas G auf die abzustreifende Schicht 10 auftritt, da dort das Gasgemisch relativ «trocken» ist (das heißt wenig Luftfeuchtigkeit umfasst). Sondern die Messung der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit f wird vorzugsweise bei allen Ausführungsformen direkt oder indirekt in einem Bereich vorgenommen, der mindestens einen Abstand s/2 von 20 cm von der Auftrefflinie aufweist. Bei der Ausführungsform der Fig. 2A sitzen die Feuchtesensoren 51 entsprechend ein kleines Stück oberhalb der Düsen 15 und der Auftrefflinien. Bei der Ausführungsform der Fig. 5 sitzen die Feuchtesensoren 51 ein kleines Stück unterhalb der Düsen 15 und der Auftrefflinien.
  • In Fig. 2B ist in schematischer Darstellung beispielhaft ein virtuelles Zylindervolumen vZV gezeigt. Dieses vordefinierte, virtuelle Zylindervolumen vZV umgibt oder umschließt das Stahlflachprodukt 100 im Bereich der mindestens einen Gasdüse 15 (nicht in Fig. 2B gezeigt). Das vordefinierte, virtuelle Zylindervolumen vZV definiert in diesem Fall den Nahbereich NB. Da es nahe an der Vorder- und Rückseite des Stahlflachproduktes 100 zu einer Durchmischung der Gase WG und G kommt, wird bei der Definition des virtuellen Zylindervolumens vZV einen Bereich parallel zu der Vorder- und Rückseite des Stahlflachproduktes 100 ausgenommen, wie in Fig. 2B gezeigt. Vorzugsweise wird das virtuelle Zylindervolumen vZV zu diesem Zweck durch zwei Ebenen begrenzt, die je einen Abstand s/2 zum Stahlflachprodukt 100 haben.
  • In Fig. 2A und 5 ist ein Ansatz zum direkten Messen der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit f und der Umgebungsluftfeuchtigkeit f UG gezeigt. Die Vorrichtung 150 umfasst beispielsweise zwei Feuchtesensoren 51 (je mindestens einen pro Bandseite) und einen Feuchtesensor 56. Jeder dieser Sensoren 51, 56 hat in der schematischen Darstellung zwei Kontakte, die zum Beispiel mit einer Steuerung 250 verbunden sein können. Die entsprechenden Verbindungen bzw. Leitungen V1, V2, V3, V4, V5, V6 sind in Fig. 2A und 5 durch strichlierte Linien dargestellt.
  • Als Feuchtesensoren 51 und 56 können bei allen Ausführungsformen Sensoren der folgenden Bauart oder Funktionsweise zum Einsatz kommen:
    • mechanisch arbeitende Messsensoren, die auf der feuchtebedingten Ausdehnung bzw. dem Zusammenziehen von (meist organischen) Messelementen basieren;
    • psychrometrisch arbeitende Messsensoren, wobei zwei identische, sehr genaue Thermometer zum Einsatz kommen, an denen die zu messende Gasströmung in definierter Geschwindigkeit entlanggeführt wird;
    • kapazitive Messsensoren, die z.B. einen feuchteempfindlichen Kondensator mit zwei flachen Elektroden umfassen;
    • Tauspiegelhygrometer, das die Luftfeuchtigkeit mit Taupunktspiegeln ermittelt, bei denen die Kondensation von Wasserdampf bei einer Taupunktunterschreitung ausgewertet wird;
    • Resistives Messverfahren, bei dem z.B. die Impedanz des Wechselstromwiderstandes eines hygroskopischen Elementes ermittelt wird;
    • Spektrometrische Messverfahren, die beispielsweise im nahen oder mittleren Infrarotbereich (NIR oder MIR) den gasförmigen Wassergehalt berührungslos messen.
  • Beim indirekten Messen der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit f oder der Umgebungsluftfeuchtigkeit f UG wird nicht die Luftfeuchtigkeit direkt gemessen, sondern es wird die momentane Luftfeuchtigkeit indirekt (z.B. optisch) ermittelt.
  • Das indirekte Ermitteln der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit f kann bei allen Ausführungsformen durch ein Messen der Oberflächeneigenschaft(en) des beschichteten Stahlflachprodukts 100 vorgenommen werden (drei Beispiele eines beschichteten Stahlflachprodukts 100 sind in den Figuren 6A, 6B und 6C gezeigt). Eine entsprechende Messung der Oberflächeneigenschaft(en) kann beispielsweise vor dem optionalen Kühlbereich 16 oder nach dem optionalen Kühlbereich 16 optisch vorgenommen werden (z.B. durch ein optisches Messen der Reflektivität der Oberfläche der Schicht 10). Bei wenig oder keiner Marmorierung liegt die Reflektivität oberhalb eines vorgegebenen Grenzwerts. Falls die Reflektivität abnehmen sollte (z.B. falls sie unter eine Toleranzgrenze fällt), kann die Luftfeuchtigkeit im Nahbereich NB so angepasst werden, dass die Ungleichung f > AWZ wieder erfüllt ist.
  • Alle Ausführungsformen der Vorrichtung 150 können eine Steuerung 250 umfassen. Diese Steuerung 250 kann bei allen Ausführungsformen als computergestützte Automations- und Steuerungseinheit ausgelegt sein und eine Mensch-Maschine-Schnittstelle, einen Rechner und eine Datenbank umfassen.
  • Die Steuerung 250 kann bei allen Ausführungsformen Teil der Gesamtanlagensteuerung der Vorrichtung 150 sein, oder sie kann bei allen Ausführungsformen mit der Gesamtanlagensteuerung verbunden sein.
  • Das Einrichten/Vorbereiten der Vorrichtung 150 durch Anpassen der Parameter (Anlagen- oder Verfahrensparameter), kann dann bei diesen Ausführungsformen von der Gesamtanlagensteuerung und/oder von der Steuerung 250 vorgenommen werden.
  • Bei allen Ausführungsformen kann die bereits erwähnte Abstreifwirkzahl AWZ durch die Steuerung 250 und/oder durch die Gesamtanlagensteuerung berechnet werden. Die entsprechenden Formeln werden im Folgenden beschrieben. Bei allen Ausführungsformen kann die Abstreifwirkzahl AWZ aber auch durch externe Mittel (z.B. mittels eines Arbeitsplatzrechners) ermittelt werden.
  • Vorzugsweise kommt bei allen Ausführungsformen ein Inertgas als (Abstreif-)Gas G zum Einsatz. Bewährt hat sich vor allem Stickstoff oder ein stickstoff-haltiges Gasgemisch.
  • Damit sich die Solldicke der Schicht 10, respektive die Auflage pro Bandseite, nicht oder kaum ändern, wird darauf geachtet, dass die Anlagen- und Verfahrensparameter, respektive die Abstreifwirkzahl AWZ im Wesentlichen konstant bleibt. Bei den Beispielen 1 und 2 bleibt AWZ konstant (siehe Tabelle 1 in Fig. 7). Bei den Beispielen 3, 4 und 5 bleibt AWZ im Wesentlichen konstant (siehe Tabelle 1 in Fig. 7).
  • Wichtig ist jedoch, dass beim gezielten Erhöhen der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit f im Nahbereich NB darauf geachtet wird, dass neben dem Vermeiden von Marmorierungen auch andere Fehler, wie die Bildung von Zahnstocher-Fehlern, Schlacke, und so weiter vermieden werden.
  • Falls die Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft f UG zum Beispiel sehr gering sein sollte, so kann es durch das Ansaugen von trockener Umgebungsluft zur Bildung von Marmorierungen an der Schicht 10 kommen (falls f UG kleiner ist als AWZ). Hier setzt die Erfindung an, indem sie die absolute lokale Feuchtigkeit f in der kontrollierten Wasserdampfatmosphäre im Nahbereich NB des Stahlflachproduktes 100 automatisch erhöht, während AWZ im Wesentlichen konstant gehalten wird.
  • Vorzugsweise ist die Ungleichung (2.2) in der Steuerung 250 durch Software implementiert, oder es sind in einer oder mehreren Tabellen Zahlenpaare für die Abstreifwirkzahlen AWZ und für die entsprechend vorzugebende Mindestfeuchtigkeit f min hinterlegt. Durch eine «lookup»-Tabelle kann die Steuerung 250 dann zu einer momentan gültigen Abstreifwirkzahl AWZ einen Mindestwert f min für die absolute lokale Feuchtigkeitswert f ermitteln und an die Wasserdampfvorrichtung 50 übergeben. Die Wasserdampfvorrichtung 50 erzeugt dann im Nahbereich NB eine absolute lokale Feuchtigkeitswert f, die größer ist als f min. Bei diesen Ausführungsformen entspricht f min mehr oder weniger der Geraden Ge in Fig. 4.
  • Bei allen Ausführungsformen kommen vorzugsweise Parameter (Anlagen- und/oder Verfahrensparameter) in den folgenden Zahlen- oder Wertebereichen zum Einsatz. Die einzelnen Zahlen- oder Wertebereiche der Tabelle 2 sind nicht oder nur in Teilbereichen miteinander korreliert, da die jeweiligen Maximal- und Minimalwerte aus verschiedenen Versuchsbeispielen stammen. Es wurden lediglich die jeweiligen Maximal- und Minimalwerte aus der Tabelle 1 (Fig. 7) entnommen und hier zusammengefasst.
    Tabelle 2
    Parameter Untergrenze Obergrenze
    TB [°C] 430 441
    Z [mm] 5,9 9,0
    D [Nm3/h] 1294 1468
    w [mm] 1066 1541
    v [m/min] 100 150
  • Aus der Tabelle 1 (siehe Fig. 7), sind konkrete Zahlenwerte zu den in Fig. 4 gezeigten Versuchsergebnissen gezeigt. Die Tabelle 1 der Fig. 7 zeigt fünf Versuchsbeispiele, bei denen durch die Vorgabe geeigneter Verfahrens- und/oder Anlagenparameter, respektive Abstreifwirkzahlen AWZ, und durch das Erhöhen einer absoluten lokalen Feuchtigkeitswert f im Nahbereich NB Schichten 10 ohne (sichtbare) Marmorierung erzeugt wurden (wie beispielhaft in Fig. 6A gezeigt). In den ersten beiden Spalten der Tabelle 1 sind jeweils die laut Spezifikation vorgegebene Auflage pro Seite und die Bandbreite w des Stahlflachprodukts 100 angegeben.
  • Bei den in Fig. 4 grafisch dargestellten und in Tabelle 1 (Fig. 7) gezeigten Versuchsbeispielen wurde nach dem folgenden Prinzip gehandelt. Falls unter einer gegebenen Umgebungsluftfeuchtigkeit f UG und unter gegebenen Verfahrens- und Anlagenbedingungen Marmorierungsfehler auftreten, so kann erfindungsgemäß zum Beseitigen der Marmorierung die absolute lokale Luftfeuchtigkeit f im Nahbereich NB (entspricht der linken Seite der Ungleichung (2.2)) soweit angehoben werden, bis die Ungleichung (2.2) zumindest im Nahbereich NB erfüllt wird.
  • Die Verfahrens- und Anlagenbedingungen, respektive die Prozess- und Abstreifdüsenparameter können dabei mit Ausnahme der in der Produktion üblichen Streuungen unverändert beibehalten werden, wie der Tabelle 1 (Fig. 7) zu entnehmen ist.
  • In Tabelle 1 wird anhand von fünf Beispielen 1 - 5 die Anwendung einer Wasserdampfvorrichtung 50 zur Anhebung der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit f im Nahbereich NB dargestellt.
  • In den konkreten Beispielen 1 - 5 wurden der Düsenabstand Z, der Düsenlippenspalt d und die Bandgeschwindigkeit v konstant beibehalten, die Auflage, die Bandbreite w, der Düsendruck, der Durchfluss D und die Badtemperatur TB wurden nicht bewusst verändert und unterliegen nur den in der Produktion üblichen Streuungen. Damit bleibt in jedem der Beispiele auch die daraus berechnete Abstreifwirkzahl AWZ im Wesentlichen (±10%) unverändert. Vorzugsweise wird die Vorrichtung 150 bei allen Ausführungsformen so betrieben, dass sich berechnete Abstreifwirkzahl AWZ beim Erhöhen der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit f im Nahbereich NB und dem Anpassen der Verfahrens- und Anlagenparameter maximal um ±5% ändert.
  • Die Ausgangsituation für Beispiel 1 ist in Tabelle 1 unter 1.1 dargestellt (Tabelle 1, Zeile 1.1): Mit den gegebenen Prozess- und Abstreifdüsenparametern ergibt sich dabei nach Ungleichung (2.2) eine Abstreifwirkzahl AWZ von 9,6 bei einer momentan herrschenden absoluten Umgebungsluftfeuchtigkeit f UG von 3,8 g/m3. Die Bedingung aus Ungleichung (2.2) für eine marmorierungsfreie Produktion, nämlich f > AWZ, ist damit nicht erfüllt. Tatsächlich traten in der Produktion unter diesen Bedingungen auch starke Marmorierungsfehler auf. In Fig. 4 ist der entsprechende schwarze Kreis bei AWZ=9,6 und f=3,8 g/m3 dargestellt.
  • Ausgehend davon wurde mittels einer Wasserdampfvorrichtung 50 die im Nahbereich NB geltende lokale absolute Luftfeuchtigkeit f von 3,8 auf 20,6 g/m3 angehoben, wobei die Prozess- und Abstreifdüsenparameter innerhalb der üblichen Prozessstreuungen beibehalten wurden (Tabelle 1, Zeile 1.2). Nach dem gezielten Anheben der Luftfeuchtigkeit f war die Bedingung aus Ungleichung (2.2) für eine marmorierungsfreie Produktion, nämlich f > AWZ, erfüllt. Tatsächlich traten unter diesen Bedingungen keine Marmorierungsfehler mehr an der Schicht 10 auf. In Fig. 4 ist der entsprechende weiße Kreis bei AWZ=9,6 und f=20,6 g/m3 dargestellt. Ein Blockpfeil mit der Bezeichnung 1.1 → 1.2 kennzeichnet dieses 1. Beispiel.
  • Analog zum Beispiel 1 sind die Beispiele 2-5 zu verstehen. Ein Blockpfeil mit der Bezeichnung 2.1 → 2.2 kennzeichnet das 2. Beispiel und ein Blockpfeil mit der Bezeichnung 3.1 → 3.2 kennzeichnet das 3. Beispiel. Auch die Beispiele 4 und 5 sind in Fig. 4 entsprechend gekennzeichnet.
  • Aus der Tabelle 1 der Fig. 7 kann man die folgenden Wertepaare für die Abstreifwirkzahl AWZ und die absolute lokale Luftfeuchtigkeit f extrahieren (sortiert nach aufsteigender Abstreifwirkzahl AWZ). Alle Werte für die absolute lokale Luftfeuchtigkeit f sind größer als die jeweilige AWZ (in Fig. 4 liegen die entsprechend weiß gefüllten Kreise oberhalb der Geraden Ge).
    Auszug aus Tabelle 1 (Fig. 7)
    absolute Luftfeuchtigkeit (f) Abstreifwirkzahl (AWZ) Bedingung f > AWZ erfüllt? Bewertung der Schicht 10
    17,0 7,8 Ja keine Marmorierung
    20,6 9,6 Ja keine Marmorierunq
    18,5 12,0 Ja keine Marmorierunq
    18,0 13,5 Ja keine Marmorierunq
    19,4 14,5 Ja keine Marmorierung
  • Aus der Tabelle 1 der Fig. 7 kann man auch die folgenden Wertepaare für die Abstreifwirkzahl AWZ und die absolute Luftfeuchtigkeit f extrahieren (sortiert nach aufsteigender Abstreifwirkzahl AWZ). Alle Werte für die absolute lokale Luftfeuchtigkeit f sind kleiner als die jeweilige AWZ (in Fig. 4 liegen die entsprechend schwarz bzw. grau gefüllten Kreise unterhalb der Geraden Ge).
    Auszug aus Tabelle 1 (Fig. 7)
    absolute Luftfeuchtigkeit (f) Abstreifwirkzahl (AWZ) Bedingung f > AWZ erfüllt? Bewertung der Schicht 10
    4,9 7,8 Nein starke Marmorierung
    3,8 9,6 Nein starke Marmorierunq
    4,1 12,2 Nein starke Marmorierunq
    11,5 13,4 Nein mittlere Marmorierunq
    5,0 15,3 Nein starke Marmorierunq
  • In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung 150 gezeigt, wobei auch hier ein Ansatz zum direkten Messen der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit f im Nahbereich NB und der Umgebungsluftfeuchtigkeit f UG im Umfeld der Vorrichtung 150 zur Anwendung kommt. Der Aufbau der Vorrichtung 150 ist ähnlich mit der in Fig. 2A gezeigten Vorrichtung 150, daher wird auch auf die Beschreibung der Fig. 2A verwiesen. Anders als in Fig. 2A, weist die Vorrichtung 150 der Fig. 5 jedoch ein Gehäuse 52 auf. Ein solches Gehäuse 52 ist optional, da es für die Erfindung ausreicht, wenn die Wasserdampfvorrichtung 50 eine ausreichend hohe, absolute lokale Luftfeuchtigkeit f im Nahbereich NB erzeugt.
  • In dem Bad 11, das hier als rechteckförmiger Behälter dargestellt ist, der nach oben offen ist, befindet sich die flüssige ZnAlMg-Legierung oder ZnAI-Legierung. Von dem Stahlflachprodukt 100, das eine Bandform hat, ist in Fig. 5 nur ein kurzer Längenabschnitt nach dem Austauchen aus dem Bad 11 gezeigt. Das Stahlflachprodukt 100 wird in Richtung der x-Achse mit der Bandgeschwindigkeit v vertikal aus dem Bad 11 heraus zwischen zwei einander gegenüberstehenden Gasdüsen 15 der Abstreifdüsenvorrichtung hindurchgeführt.
  • Die Wasserdampfvorrichtung 50 umfasst hier das bereits erwähnte Gehäuse 52, das hier beispielsweise durch die Form eines näherungsweise zylinderförmigen Körpers im 3-dimensionalen Raum definiert ist. In Fig. 5 ist dieses näherungsweise zylinderförmige Gehäuse 52 der Wasserdampfvorrichtung 50, schematisch angedeutet. Das Gehäuse 52 besteht hier aus zwei Gehäusehälften, die symmetrisch zur x-Achse angeordnet sind. Der so definierte Nahbereich NB liegt quasi zwischen den beiden Gehäusehälften.
  • Das Gehäuse 52 der Wasserdampfvorrichtung 50 kann in der schematischen Schnittansicht rein gedanklich in vier Quadranten unterteilt werden. Die Wasserdampfvorrichtung 50 umfasst hier je einen Dampfgenerator DG pro Quadrant (das heißt zwei Dampfgeneratoren DG pro Gehäusehälfte). Jeder der Dampfgeneratoren DG ist außerhalb des Nahbereichs NB (resp. außerhalb des Gehäuses 52) angeordnet. Wie schematisch angedeutet, kann jeder Dampfgenerator DG gasförmigen Wasserdampf WG über eine entsprechende Gasleitung 54, ein Ventil 55 und eine Einlassbrücke 53 in den Nahbereich NB einbringen. In der Schnittdarstellung der Fig. 5 ist andeutungsweise zu erkennen, dass jede Einlassbrücke 53 strömungstechnisch über mindestens eine Durchtrittsöffnung im Gehäuse 52 mit dem Nahbereich NB verbunden ist. So kann Gas vom jeweiligen Dampfgenerator DG, durch die Leitung 54, das Ventil 55 und die Einlassbrücke 53 in den Nahbereich NB strömen. Das Gehäuse 52 kann optional parallel zur y-Achse eine Reihe von solchen Durchtrittsöffnungen aufweisen, damit sich das Gas WG gleichmässig im Nahbereich NB verteilen kann.
  • Das Gehäuse 52 der Wasserdampfvorrichtung 50 sitzt bei dieser Ausführungsform direkt an den Düsen 15 der Abstreifdüsenvorrichtung und hat eine Gehäusehöhe, die parallel zur x-Achse definiert ist. Vorzugsweise entspricht die Gehäuselänge, die parallel zur y-Achse definiert ist, bei allen Ausführungsformen mindestens der Bandbreite w des Stahlflachprodukts 100 und/oder der Länge DL des Düsen 15 (auch parallel zur y-Achse definiert).
  • Das Gehäuse 52 der Wasserdampfvorrichtung 50 kann bei allen Ausführungsform auch eine andere Form aufweisen.
  • Jede der Düsen 15 wird, wie schematisch angedeutet, mittels Pumpen PG mit dem inerten (Abstreif-)Gas G gespeist. Die beiden Pumpen PG sind steuerungstechnisch (oder regelungstechnisch) mit der Steuerung 250 verbunden und die Steuerung 250 kann so zum Beispiel den Gasdurchfluss D pro Bandseite steuern. Die entsprechenden Verbindungslinien oder -leitungen sind in Fig. 5 mit V7, V8, V9 und V10 bezeichnet. Als Pumpe PG wird hier z.B. ein Gebläse mit Steuerungsventilen bezeichnet.
  • Vorzugsweise umfassen alle Ausführungsform der Vorrichtung 150 eine Regelung der Durchflussmenge D des Gases G (automatische Auflagenregelung genannt), die so ausgelegt ist, dass trotz einer Änderung der anderen Verfahrens- und Anlagenparameter stets eine Schicht 10 mit einer im Wesentlichen gleichbleibenden Solldicke erzeugt wird. Zu diesem Zweck umfasst die Regelung mindestens einen Sensor (nicht gezeigt), der die Istdicke der Schicht 10 nach dem Abblasen der überschüssigen Zink-Schmelze misst. Sollte die Istdicke kleiner sein als die Solldicke, so reduziert die Regelung die Durchflussmenge D und umgekehrt.
  • Bei allen oder bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen kann die absolute lokale Luftfeuchtigkeit f im Nahbereich NB entlang einer horizontalen y-Linie gemessen werden (die z.B. mindestens s/2 = 20 cm vom Stahlflachprodukt 100 entfernt ist), die parallel zum Stahlflachprodukt 100 und parallel zur y-Achse verläuft. Die beschriebene horizontale y-Linie liegt bei der Ausführungsform der Fig. 2A ungefähr im Bereich zwischen den Düsen 15 der Abstreifdüsenvorrichtung 14 und den beiden Dampfgeneratoren DG. Bei der Ausführungsform der Fig. 5 liegt die beschriebene y-Linie zwischen der Ausgangsseite A des Bades 11 und den Düsen 15 (hier ein kleines Stück unterhalb der Düsen 15).
  • Jede der Düsen 15 kann von einem Motor oder Aktuator (nicht gezeigt) parallel zur z-Achse bewegt werden. Die Motoren oder Aktuatoren können mit der Steuerung 250 verbunden sein. Es sind Sensoren vorhanden (nicht gezeigt), um dem Düsenabstand Z kontrollieren zu können. Dadurch lässt sich über die Steuerung 250 der Düsenabstand Z einstellen und/oder kontrollieren. Die Kontrolle des Düsenabstands Z kann bei allen Ausführungsformen lasergestützt sein. Falls die Gehäusehälften des Gehäuses 52 mit den Düsen 15 mechanisch verbunden sind, können die Gehäusehälften solidarisch mit den Düsen bewegt werden.
  • Die Steuerung 250 kann bei allen Ausführungsformen auch mit einer induktiven Heizung 30 oder mit einer elektrischen Widerstandsheizung des Bades 11 verbunden sein, um die Badtemperatur TB anzupassen. Bei einer induktiven Heizung, deren Spule 30 in Fig. 5 angedeutet ist, kann die Steuerung 250 die Betriebsfrequenz zum Antreiben der Spule(n) 30 über einen Frequenzgenerator FG einstellen. Daher ist der Frequenzgenerator FG steuerungstechnisch mit der Steuerung 250 verbunden, wie angedeutet. Die entsprechenden Verbindungslinien oder -leitungen sind in Fig. 5A mit V11 und V12 bezeichnet.
  • Vorzugsweise ist die Wasserdampfvorrichtung 50 bei allen oder bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen dazu ausgelegt eine absolute lokale Luftfeuchtigkeit f im Nahbereich NB im Bereich von 1 g/m3 bis 300 g/m3, vorzugsweise im Bereich von 2,71 g/m3 bis 50 g/m3 vorzugeben, wobei die Wasserdampfvorrichtung 50 vorzugsweise nur dann an- oder zugeschaltet wird, wenn f UG < AWZ.
  • Das Volumen des Nahbereichs NB (z.B. definiert durch das virtuelle Zylindervolumen vZV oder durch das Gehäuse 52) der Wasserdampfvorrichtung 50 kann bei allen Ausführungsformen zwischen 1 m3 bis 10 m3 groß sein.
  • Fig. 8 zeigt beispielhafte Schritte eines Verfahrens, das in den beschriebenen Vorrichtungen 150 durchgeführt werden kann. Fig. 8 zeigt die Schritte in Form eines Flussdiagramms. Bevor das Verfahren zum Aufbringen einer Schicht 10 auf ein Stahlflachprodukt 100 durchgeführt wird, werden die einzelnen Komponenten und Elemente der Vorrichtung 150 eingerichtet bzw. vorbereitet (Schritt S1). Das Einrichten bzw. Vorbereiten der Vorrichtung 150 kann zum Beispiel anhand einer Soll-Spezifikation der aufzutragenden Schicht 10 erfolgen. Zu dem Einrichten bzw. Vorbereiten gehört das Definieren und (Vor-)Einstellen der Verfahrens- und Anlageparameter.
  • Vor, während oder nach dem Einrichten S1 wird die entsprechende Abstreifwirkzahl AWZ ermittelt (Schritt S2). Dann wird anhand einer der Ungleichungen oder anhand einer "lookup"-Tabelle ermittelt, ob die Bedingung f > AWZ erfüllt ist (Schritt S3). Falls f größer sein sollte als AWZ (JA im Flussdiagramm), kann das Verfahren zum Aufbringen einer Schicht 10 starten (Schritt S4). Falls die Bedingung f > AWZ nicht erfüllt ist (NEIN im Flussdiagramm), verzweigt das Verfahren zum Schritt S5. Im Rahmen des Schrittes S5 wird durch die Wasserdampfvorrichtung 50 die Luftfeuchtigkeit f im Nahbereich NB erhöht. Und es wird dann im Schritt S3 erneut geprüft, ob die Bedingung f > AWZ jetzt erfüllt ist.
  • Optional können in einem Zwischenschritt auch die Verfahrens- und/oder Anlagenparameter geringfügig angepasst werden, wobei diese Anpassung vorzugsweise bei allen Ausführungsformen so erfolgt, dass AWZ im Wesentlichen konstant bleibt.
  • In ähnlicher Form kann das Prüfen der Bedingung f > AWZ während des Aufbringens der Schicht 10 von Zeit zu Zeit wiederholt werden, um auf sich ändernde Umgebungsbedingungen reagieren zu können. Falls sich f in der Umgebung oder im Nahbereich NB der Vorrichtung 150 reduziert haben sollte, sollte erneut (wie im Schritt S3) geprüft werden, ob die Bedingung f > AWZ weiterhin erfüllt ist. Falls ja, dann wird das Aufbringen der Schicht 10 fortgesetzt. Falls nein, dann kann (analog zum Schritt S5) Luftfeuchtigkeit f im Nahbereich NB erhöht werden.
  • Sollte f UG in der Umgebung der Vorrichtung 150 deutlich absinken und sollte innerhalb der Soll-Spezifikation keine sinnvolle Anpassung möglich sein, so kann das Verfahren unterbrochen werden. Bezugszeichen
    (Schutz-)Schicht / (Schutz-)Überzug 10
    Zink-Schmelzbad / Zink-Legierungsschmelzbad / (Tauch-)Bad 11
    Rüssel 12
    Rolle 13
    Düsen / Abstreifdüsenvorrichtung 14
    Gasdüse / Abstreifdüse 15
    Kühlbereich 16
    (Gas-)Düsenlippenspalt 17
    Induktivheizvorrichtung 30
    Zusatzvorrichtung / Wasserdampfvorrichtung 50
    Feuchtesensor (Nahbereich) 51
    Gehäuse 52
    Einlassbrücke 53
    Gasleitung 54
    Ventil 55
    Feuchtesensor (Nahbereich) 56
    Stahlflachprodukt / Stahlbänder / Stahlbleche / Band 100
    Beschichtetes Stahlflachprodukt / Stahlband / Stahlblech 100, 10
    Vorrichtung 150
    Steuerung 250
    Ausgangsseite A
    Abstreifwirkzahl AWZ
    Halbwertsbreite 2b
    Dicke des Düsenlippenspalts d
    Gas-Durchfluss pro Bandseite D
    Dampfgenerator DG
    Düsenlänge DL
    Einqanqsseite E
    absolute Luftfeuchtigkeit f
    (absolute) Umgebungsluftfeuchtigkeit f UG
    Mindestwert der absoluten Luftfeuchtigkeit fmin
    Frequenzgenerator FG
    (Abstreif-)Gas G
    Gerade Ge
    Proportionalitätsfaktor k
    Nahbereich NB
    Druck P
    Pumpe PG
    Maximaldruck Ps
    relative Luftfeuchtigkeit r
    Abstand s/2
    Schritte S1, S2, ...
    Temperatur T
    Lufttemperatur TL
    Zeit t
    Badtemperatur TB
    reduzierte Badtemperatur TBred
    Scherkraft τ
    Maximal auftretende Scherkraft Tmax
    Bandqeschwindiqkeit v
    Verbindungen / Leitungen V1, V2, V3, ...
    virtuelles Zylindervolumen vZV
    Bandbreite w
    qasförmiqer Wasserdampf WG
    Achse x
    Achse y
    Achse z
    Düsenabstand Z

Claims (19)

  1. Vorrichtung (150) zum Aufbringen einer Schicht (10) auf eine Vorder- und/oder Rückseite eines Stahlflachprodukts (100), umfassend:
    - ein Zink-Legierungsschmelzbad (11) (ZnAI; ZnAlMg) mit einer Eingangsseite (E) und einer Ausgangsseite (A),
    - eine Abstreifdüsenvorrichtung (14) mit mindestens einer Gasdüse (15) zum Abblasen der Vorder- oder Rückseite des Stahlflachproduktes (100) mit Gas (G), wobei die Abstreifdüsenvorrichtung (14) im Bereich der Ausgangsseite (A) angeordnet ist,
    eine Wasserdampfvorrichtung (50), die dazu ausgelegt ist gasförmigen Wasserdampf abzugeben und im Nahbereich (NB) der Vorder- und/oder Rückseite des Stahlflachproduktes (100) eine kontrollierte Wasserdampfatmosphäre bereitzustellen, wobei die kontrollierte Wasserdampfatmosphäre eine absolute lokale Feuchtigkeit (f) aufweist, die größer ist als 1 g/m3 und kleiner ist als 300 g/m3, wobei die absolute lokale Feuchtigkeit (f) vorzugsweise im Bereich 2,71 g/m3 bis 50 g/m3 liegt.
  2. Vorrichtung (150) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufbringen der Schicht (10) Anlagenparameter und Verfahrensparameter der Vorrichtung (150) so eingestellt werden, dass die Schicht (10) mit der Abstreifdüsenvorrichtung (14) gemäß einer vorgegebene Spezifikation abgeblasen werden kann, wobei durch die Anlagenparameter und Verfahrensparameter eine Abstreifwirkzahl (AWZ) definiert ist, die während des Aufbringens der Schicht (10) im Wesentlichen konstant ist.
  3. Vorrichtung (150) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstreifwirkzahl (AWZ) entweder wie folgt definiert ist: AWZ = 24,61 ⋅ D 2 ⋅ k w 2 ⋅ d 2 ⋅ b + 3639 ⋅ b v − 45,42 ,
    Figure imgb0017
     oder wie folgt definiert ist: AWZ = 1 14 ⋅ D 2 ⋅ k ⋅ e − 0,5 ⋅ 1,251 ⋅ 10 4 w 2 ⋅ d 2 ⋅ 25,92 ⋅ − 2 ⋅ ln 0,5 b 2 + 6 ⋅ 10 4 v ⋅ − b 2 2 ⋅ ln 0,5 − 636
    Figure imgb0018
     wobei gilt:
    d ist die Dicke (d) eines Düsenlippenspalts (17), in mm, der mindestens einen Gasdüse (15) der Abstreifdüsenvorrichtung (14)
    D ist die über die Bandbreite (w) wirksame Durchfluss(menge) (D) des Gases (G) pro Seite des Stahlflachprodukts (100) in Nm3/h
    k ist ein einheitenloser Proportionalitätsfaktor
    w ist die Bandbreite des Stahlfachproduktes (100) in mm
    2b ist die Halbwertsbreite der Druckverteilung des Gases (G) am Stahlfachprodukt (100) in mm
    v ist die Bandgeschwindigkeit in m/min, mit der das Stahlfachprodukt (100) entlang der Abstreifdüsenvorrichtung (14) und durch den Nahbereich (NB) bewegt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die halbe Halbwertsbreite (b) und den Proportionalitätsfaktor (k) unter der Verwendung des Verhältnisses des Abstands (Z) zur Dicke (d) des Düsenlippenspalts (17) folgende Definitionen gelten:
    Fall 1.1: Z d < 5,2 → b = 1,9 ⋅ d 2
    Figure imgb0019
     und k = 1
    Fall 1.2: 5,2 ≤ Z d < 10 → b = − Z d 4 ⋅ 3,22 ⋅ 10 − 4 + Z d 3 ⋅ 9,78 ⋅ 10 − 3 − Z d 2 ⋅ 8,39 ⋅ 10 − 2 + Z d ⋅ 2,72 ⋅ 10 − 1 + 1,62 ⋅ d 2 → k = − Z d 4 ⋅ 6,05 ⋅ 10 − 4 + Z d 3 ⋅ 2,2 ⋅ 10 − 2 − Z d 2 ⋅ 2,89 ⋅ 10 − 1 + Z d ⋅ 1,55 − 1,9
    Figure imgb0020
    Fall 1.3: Z d ≥ 10 → b = 0,125 ⋅ Z
    Figure imgb0021
     und k = 6,5 ⋅ d Z
    Figure imgb0022
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der Werte für die halbe Halbwertsbreite (b) und den Proportionalitätsfaktor (k) unter der Verwendung des Verhältnisses des Abstands (Z) zur Dicke (d) des Düsenlippenspalts (17) folgende vereinfachte Definitionen gelten:
    Fall 2.1: Z d < 7,6 → b = 1,9 ⋅ d 2
    Figure imgb0023
     und k = 1
    Fall 2.2: Fall 2.2 : Z d ≥ 7,6 → b = 0,125 ⋅ Z
    Figure imgb0024
     und k = 6,5 ⋅ d Z
    Figure imgb0025
  6. Vorrichtung (150) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
    - die Dicke (d) des Düsenlippenspalts (17) in einem Bereich zwischen 0,5 und 10 mm, vorzugsweise zwischen 0,8 und 2,0 mm liegt, und/oder
    - die Durchflussmenge (D) im Bereich von 200 bis 8000 Nm3 pro Stunde beträgt, und/oder
    - der Abstand (Z) zwischen dem Düsenlippenspalt (17) und der Vorder- bzw. Rückseite des Stahlflachprodukts (100) in einem Bereich zwischen 2 und 15 mm, vorzugsweise zwischen 3 und 12 mm liegt, und/oder
    - die Bandgeschwindigkeit (v) in einem Bereich zwischen 50 und 200 m/min, vorzugsweise zwischen 70 und 150 m/min beträgt, und/oder
    - der Nahbereich (NB) ein Volumen in einem Bereich von 1 m3 bis 10 m3 und vorzugsweise ein Volumen von mindestens als 2 m3 hat.
  7. Vorrichtung (150) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die absolute lokale Luftfeuchtigkeit (f) in einem virtuellen Zylindervolumen gilt, das einerseits durch eine virtuelle Zylinderoberfläche und andererseits durch zwei auf beiden Seiten des Stahlflachprodukts (100) parallel zum Stahlflachprodukt (100) verlaufende, virtuelle Ebenen mit einen Abstand (s) zum Stahlflachprodukt (100) begrenzt werden, wobei das Zylindervolumen ein Volumen in einem Bereich von 1 m3 bis 10 m3 und vorzugsweise ein Volumen von mindestens 2 m3 aufweist, wobei die Messung der absoluten lokalen Feuchtigkeit (f) direkt oder indirekt vorgenommen wird.
  8. Vorrichtung (150) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuerung (250) umfasst, die dazu ausgelegt ist, die kontrollierte Wasserdampfatmosphäre zu regeln, um die absolute Feuchtigkeit (f) so einzustellen, dass während des Aufbringens und Abblasens der Schicht (10) die folgende Ungleichung erfüllt ist: f > AWZ.
  9. Vorrichtung (150) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserdampfvorrichtung (50) die Vorder- und/oder Rückseite des Stahlflachprodukts (100) mindestens teilweise mit einem Gehäuse (52) umschließt, um die kontrollierte Wasserdampfatmosphäre als quasistatische Umgebungsbedingung in einem Nahbereich (NB) im Inneren des Gehäuses (52) vorgeben zu können.
  10. Vorrichtung (150) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die absolute lokale Luftfeuchtigkeit (f) im Nahbereich (NB) des Gehäuses (52) messbar ist, wobei die Messung der absoluten lokalen Feuchtigkeit (f) direkt oder indirekt vorgenommen wird.
  11. Vorrichtung (150) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Nahbereich (NB) des Gehäuses (52) ein Volumen in einem Bereich von 1 m3 bis 10 m3 und vorzugsweise ein Volumen von mindestens 2 m3 aufweist.
  12. Vorrichtung (150) nach einem der Ansprüche 2 - 11, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Spezifikation die Beschichtungsauflage der Schicht (10) und/oder die Solldicke der Schicht (10) festlegt und dass die aufzubringende Schicht (10) die folgende Vorgabe erfüllt:
    - Beschichtungsauflage der Schicht (10) je Seite des Stahlflachprodukts (100), die im Bereich 20 bis 200 g/m2, vorzugsweise Bereich 30 bis 100 g/m2, liegt, und/oder
    - Solldicke der Schicht (10) je Seite des Stahlflachprodukts (100), die im Bereich 3 bis 30 µm, vorzugsweise Bereich 4,5 bis 15 µm liegt.
  13. Vorrichtung (150) nach einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch die kontrollierte Wasserdampfatmosphäre für eine gegebene Abstreifwirkzahl (AWZ) eine ausreichend hohe absolute lokale Luftfeuchtigkeit (f) im Nahbereich (NB) vorgegeben wird, um eine Marmorierung und/oder oder die Bildung von Zahnstocher-Fehlern an der Schicht (10) zu verhindern.
  14. Vorrichtung (150) nach einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass
    - mindestens ein Feuchtigkeitssensor (51) im Nahbereich (NB) der Wasserdampfvorrichtung (50) angeordnet ist, um die absolute lokale Luftfeuchtigkeit (f) im Nahbereich (NB) direkt messen zu können, und/oder
    - mindestens ein Feuchtigkeitssensor (56) vorgesehen ist, um die absolute lokale Luftfeuchtigkeit (f UG) in der Umgebung der Vorrichtung (150) direkt messen zu können.
  15. Vorrichtung (150) nach einem der Ansprüche 1 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen Dampfgenerator (DG) umfasst, um die absolute lokale Luftfeuchtigkeit (f) so automatisiert anpassen zu können, dass die absolute lokale Luftfeuchtigkeit (f) größer ist als die Abstreifwirkzahl (AWZ).
  16. Verfahren zum Aufbringen einer Schicht (10) gemäß einer Sollspezifikation auf mindestens eine Seite eines Stahlflachprodukts (100), indem das Stahlflachprodukt (100) durch ein Zink-Legierungsschmelzbad (11) (ZnAI; ZnAlMg) bewegt und auf dessen Ausgangsseite (A) Abstreifgas (G) durch einen Düsenlippenspalt (17) mindestens einer Gasdüse (15) in Richtung des Stahlflachproduktes (100) austritt, um die Schicht (10) gemäß Sollspezifikation abzublasen, wobei durch die folgenden Parameter eine Abstreifwirkzahl (AWZ) definiert ist:
    d Dicke (d) des Düsenlippenspalts (17) der Gasdüse (15) der Abstreifdüsenvorrichtung (14),
    D über die Bandbreite (w) wirksame Durchfluss(menge) (D) des Gases (G) pro Seite des Stahlflachprodukts (100) in Nm3/h,
    w Bandbreite des Stahlfachproduktes (100) in mm,
    2b Halbwertsbreite der Druckverteilung des Gases (G) am Stahlfachprodukt (100) in mm,
    v Bandgeschwindigkeit in m/min, mit der das Stahlfachprodukt (100) entlang der Abstreifdüsenvorrichtung (14) bewegt wird,
    wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
    - Ermitteln der absoluten lokalen Feuchtigkeit (f) in einer kontrollierten Wasserdampfatmosphäre in einem Nahbereich (NB) an der Vorder- und/oder Rückseite des Stahlflachprodukts (100) und/oder der Umgebungsluftfeuchtigkeit (f UG) vor dem Durchführen des Verfahrens und/oder während der Durchführung des Verfahrens,
    - In Bezug setzen der ermittelten Feuchtigkeit (f, f UG) mit der Abstreifwirkzahl (AWZ), um festzustellen, ob die Bedingung f > AWZ oder f UG > AWZ erfüllt ist,
    - falls die Bedingung erfüllt ist, Initialisieren oder Fortsetzen des Verfahrens zum Aufbringen der Schicht (10), oder falls die Bedingung nicht erfüllt ist, Erhöhen der absoluten lokalen Feuchtigkeit (f) in der kontrollierten Wasserdampfatmosphäre durch den Einsatz einer Wasserdampfvorrichtung (50), die dazu ausgelegt ist gasförmigen Wasserdampf abzugeben, um so die Erfüllung der Bedingung f > AWZ zu erreichen, um dann das Verfahren zum Aufbringen der Schicht zu initialisieren oder fortzusetzen.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstreifwirkzahl (AWZ) entweder wie folgt definiert ist: AWZ = 24,61 ⋅ D 2 ⋅ k w 2 ⋅ d 2 ⋅ b + 3639 ⋅ b v − 45,42 ,
    Figure imgb0026
     oder wie folgt definiert ist: AWZ = 1 14 ⋅ D 2 ⋅ k ⋅ e − 0,5 ⋅ 1,251 ⋅ 10 4 w 2 ⋅ d 2 ⋅ 25,92 ⋅ − 2 ⋅ ln 0,5 b 2 + 6 ⋅ 10 4 v ⋅ − b 2 2 ⋅ ln 0,5 − 636
    Figure imgb0027
     wobei gilt:
    d ist die Dicke (d) eines Düsenlippenspalts (17), in mm, einer Gasdüse (15) der Abstreifdüsenvorrichtung (14)
    D ist die über die Bandbreite (w) wirksame Durchfluss(menge) (D) des Gases (G) pro Seite des Stahlflachprodukts (100) in Nm3/h
    k ist ein einheitenloser Proportionalitätsfaktor
    w ist die Bandbreite des Stahlfachproduktes (100) in mm
    2b ist die Halbwertsbreite der Druckverteilung des Gases (G) am Stahlfachprodukt (100) in mm
    v ist die Bandgeschwindigkeit in m/min, mit der das Stahlfachprodukt (100) entlang der Abstreifdüsenvorrichtung (14) und durch den Nahbereich (NB) bewegt wird.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die absolute lokale Feuchtigkeit (f) der kontrollierten Wasserdampfatmosphäre an der Vorder- und/oder Rückseite des Stahlflachproduktes (100) in einem Abstand von mehr als 20 cm von der Vorder- und/oder Rückseite ermittelt wird.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung (250) zum Einsatz kommt, die dazu ausgelegt ist, die kontrollierte Wasserdampfatmosphäre zu regeln, um die absolute Feuchtigkeit (f) so einzustellen, dass während des Aufbringens und Abblasens der Schicht (10) die Bedingung erfüllt ist: f > AWZ.
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