EP4299784A1 - Method and device for applying a film to a flat steel product - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method with which flat steel products can be coated with a layer based on zinc-aluminum-magnesium (ZnAlMg), for example as a protective coating. This is also about a device that is designed to use the method according to the invention.
- ZnAlMg zinc-aluminum-magnesium
- flat steel products 100 such as steel strips or steel sheets, are coated with a ZnAlMg alloy to improve corrosion resistance.
- 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 coating mass (in g/m 2 ) and the flat steel product 100 then transferred to a cooling area 16.
- This continuous process is generally called hot-dip coating.
- the main problems here are often surface defects in the ZnAlMg layer.
- a marble effect the “toothpick” or “beach pattern” defect can develop on the ZnAlMg layer 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).
- the task is therefore to provide a method and a corresponding device in order to be able to coat flat steel products which have a particularly long-lasting and robust protective effect in terms of corrosion, whereby the surface of the protective coating is particularly homogeneous, very smooth and without marbling (without “marbel Effect”) and/or toothpick error (without “toothpick”).
- the aim is to achieve a surface quality that meets the highest customer requirements.
- a continuous (hot-dipping) process and a corresponding device are provided, which make it possible to provide a flat steel product with a metallic layer, which can serve, for example, as a (protective) coating, this layer protecting the steel substrate of the flat steel product from the outside protects against influences.
- the aluminum content (in percent by weight) can be greater than or equal to the magnesium content (in percent by weight).
- 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 ZnAlMg alloy concept, monitoring or observation of the current absolute local air humidity and a targeted adjustment of the stripping process (or the corresponding process and/or system parameters or the stripping effectiveness factor) can create a surface that does not or shows negligible marbling.
- the values of the absolute local air humidity which according to the invention should be present in the immediate vicinity of the flat steel product in an area between the output side and the cooling area (if present), are in the range from 1 g/m 3 to 300 g/m 3 in all embodiments. preferably in the range from 1.08 g/m 3 to 51 g/m 3 , ie the process can be carried out at an absolute local air humidity that lies within the specified range can be carried out successfully.
- 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 values of the absolute local air humidity can be determined in the area between the stripping nozzle device and the belt stabilization device.
- the absolute local air humidity is permanently measured.
- the absolute local humidity is measured from time to time.
- the method is interrupted if the absolute local humidity is too low to adjust one or more of the adjustable parameters.
- the method is preferably carried out with a reduced 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.
- the coated flat steel product can, as usual, be subjected to a temper-rolling or temper-rolling process and/or a bending-stretching process after coating.
- the total degree of deformation for the coated flat steel product is preferably between 0.5% and 2.5%, preferably between 0.7% and 1.7%.
- the coated flat steel product can be treated with the usual transport protection measures such as oiling or other chemical treatment agents, as in point 7 of the leaflet "Characteristic features 095 - hot-dip coated strip and sheet", edition 2010, published by the Steel Information Center Center 40039 Düsseldorf.
- 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 alloy melt pool 11 and on the output side A is blown off with gas G by means of a stripping nozzle device 14, as exemplified in the Figures 2 , 3A , 6 and 7 shown.
- the purpose of the stripping nozzle device 14 is to strip off the excess (still liquid) ZnMgAl layer (layer 10) as it exits the bath 11.
- care must be taken to ensure that, on the one hand, the layer 10 essentially does not change, even if the absolute humidity f of the environment changes, and, on the other hand, that no marbling occurs. In other words, it is about avoiding marbling when the absolute local humidity f changes, while at the same time the target thickness of the layer 10 is essentially maintained.
- the target (area) coating mass of the layer 10 can also be specified in all embodiments. Typically there is a narrow tolerance range for the target thickness. As long as the layer 10 to be created lies within the tolerance range(s), the layer 10 essentially meets the specifications.
- 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 Figures 2 , 6 and 7 are embodiments with two nozzles 15 and in Fig. 3A an embodiment with only one nozzle 15 is shown.
- the method is carried out 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.
- the target thickness of the layer 10 is the same for each band side Embodiments in the range 3 to 30 ⁇ m, and particularly preferably in the range 4.5 to 15 ⁇ m.
- the target surface layer (layer mass per band side; referred to as layer per side in Tables 8A and 8B) 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 aluminum content (in percent by weight) can be equal to or greater than the magnesium content (in percent by weight).
- the absolute local air humidity f is determined continuously or from time to time (e.g. by direct or indirect measurement). This statement also applies to preventing or reducing toothpick formation.
- the absolute local humidity f can be measured directly or indirectly 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 values of the absolute local air humidity f which according to the invention in the immediate vicinity of the flat steel product 100 in a range between The output side A and the cooling area 16 (if present) should be present are in the range 1 g/m 3 and less than 300 g/m 3 in all embodiments.
- the absolute local air humidity is in the range 1.08 g/m 3 to 51 g/m 3 in all embodiments.
- the method enables the controlled application of the layer 10 to at least one at an absolute local humidity f that is greater than 1 g/m 3 and less than 300 g/m 3 by specifically adjusting adjustable parameters (process and system parameters). Side of the flat steel product 100.
- care is taken to ensure that the adjustable parameters are adjusted in such a way that the layer 10 to be applied (continues to) essentially correspond to the target thickness. This means that care is taken to ensure that a layer is applied that corresponds to the target thickness (within tolerances) and that at the same time shows no or only very little marbling.
- the belt speed v with which the flat steel product 100 is moved out of the zinc alloy melt pool 11 can also be changed, here too It is ensured that the target thickness of the layer 10 to be applied remains essentially constant.
- adjustable parameters process and system parameters
- process and system parameters are preferably changed in coordination with one another in order to ensure that the layer 10 that is applied corresponds to the target thickness.
- the bath temperature TB of the alloy melt pool 11 has an influence on the viscosity of the melt during the stripping process.
- An increased bath temperature TB leads to a reduced viscosity of the melt.
- the adjustable parameters (process and system parameters) remained the same, more material would be stripped off than desired. Therefore, when the bath temperature TB is increased, the other adjustable parameters (process and system parameters) are changed so that the layer 10 continues to have the target thickness. For example, when increasing the bath temperature TB, the flow rate D of the gas G is reduced to reduce the stripping effect in order to continue to achieve the same target thickness.
- 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. Within these range limits, the bath temperature TB can be adjusted to change the viscosity.
- 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. 2 and 6 ) or a resistance heater.
- the bath temperature TB is preferably reduced in all embodiments.
- the reduced bath temperature TB red is preferably in the already mentioned range 420 ⁇ TB red ⁇ 460 degrees Celsius.
- a corresponding gas nozzle 15 has a length parallel to the y-axis.
- the nozzle has 15 at all Embodiments have an active length that corresponds to the bandwidth w of the strip-shaped flat steel product 100 (see also Fig. 5 ).
- the thickness d of the gas nozzle 15 is defined parallel to the x-axis.
- the bandwidth w of the strip-shaped flat steel product 100 is preferably in the range from 500 mm to 2500 mm in all embodiments.
- the bandwidth w of the strip-shaped flat steel product is particularly preferably in the range from 800 mm to 1800 mm in all embodiments.
- the absolute local humidity f is measured permanently or from time to time and if the absolute local humidity f is too low, the application of the layer 10 is interrupted, for example to make adjustments to the adjustable parameters.
- the thickness d of the nozzle lip gap 17 can only be adjusted manually in some of the devices 150, in at least some of the embodiments the process is stopped before the nozzle lip gap 17 is adjusted manually.
- the absolute local air humidity f is measured directly or indirectly.
- 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” (i.e. contains little air humidity).
- the measurement of the absolute local air humidity f is preferably carried out directly or indirectly in an area that has at least a normal (at a right angle) distance of 20 cm from the line of impact or from the flat steel product 100.
- the device 150 includes, for example, two Moisture sensors 51 (at least one per hinge side). Each of these sensors 51 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 are in Fig. 2 and 6 shown by dashed lines.
- 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 adjustment/adjustment of the adjustable parameters can then be carried out in these embodiments by the overall system control and/or by the controller 250.
- the air humidity is not measured at or in the surrounding area of the device 150 (e.g. within a virtual cylinder body vZK), but rather the current air humidity is determined indirectly.
- the current humidity can be measured indirectly, for example, by using a type of light barrier to determine the transmission rate of an optical path.
- a type of light barrier to determine the transmission rate of an optical path.
- the indirect determination can be made by measuring the surface property(s) of the coated flat steel product 100 (three examples of a coated flat steel product 100 are shown in FIGS Figures 7A, 7B and 7C shown).
- a corresponding measurement of the surface property(s) can be carried out optically, for example, before the cooling region 16 or after the cooling region 16 (for example by optically measuring the reflectivity of the surface of the layer 10).
- Example photos of coated flat steel products 100 are shown.
- An inert gas is preferably used as gas G in all embodiments. Nitrogen or a gas mixture containing nitrogen has proven particularly useful.
- Fig. 3A 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. 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 given by the negative first derivative 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.
- Fig. 4 shows a summarized graphical representation of numerous tests, with the stripping effectiveness AWZ (as a summary or generic term for the process and device parameters or, for short, stripping nozzle parameters) being plotted on the ordinate axis and the absolute air humidity f in g/m 3 being plotted on the abscissa.
- AWZ stripping effectiveness
- a so-called stripping effectiveness AWZ can be determined, which can be compared directly with the absolute local air humidity f , as follows (inequality (2.1)): f > ⁇ Max + 500 ⁇ t ⁇ 636 14
- inequality (3) Further details on the stripping effectiveness AWZ can also be found in inequality (3), which will be discussed later.
- the entire term on the right-hand side of this inequality (3) can also be used as a definition of the stripping efficiency AWZ.
- Fig. 4 Before describing inequality (3), let us further refer to the Fig. 4 .
- the gray or black filled symbols (squares, diamonds, triangles or circles) of the Fig. 4 represent flat steel products 100 in which marbling has clearly visibly formed on the surface of layer 10.
- the marbling is particularly strong in the black-filled symbols.
- the gray filled symbols represent less severe marbling.
- the unfilled symbols on the other hand, represent no or negligible marbling.
- a straight line Ge is inserted as a dividing line in order to separate, as a first approximation, those tests with clear or moderate marbling from those that show no or only negligible marbling. In the tests that lie to the right below the line Ge, there is no or only negligible marbling (a corresponding flat steel product 100 with a Layer 10 without marbling is in Fig. 7A shown).
- the straight line Ge can be understood as a function of the stripping effectiveness AWZ (see also inequalities (2.1) and (3)).
- stripping effectiveness AWZ can be adjusted depending on the absolute local air humidity f in order to avoid the occurrence of undesirable marbling.
- This adjustment of the stripping effectiveness AWZ is preferably carried out in all embodiments in such a way that the target thickness of the layer 10, or the surface support (mass) of this layer 10, does not change or hardly changes. This means that when changing the stripping effectiveness AWZ, care is always taken to ensure that the layer 10 to be applied essentially has the desired thickness.
- the second approach has the disadvantage that in the border area the separation between flat steel products 100 without marbling and flat steel products 100 with marbling is not entirely clear or unambiguous.
- the best results can be achieved if a case distinction is evaluated according to the first approach using inequality (3) and/or inequality (2.1) (e.g. processed numerically by the controller 250).
- the adjustment/adjustment of the adjustable parameters (system and/or process parameters), or the stripping effectiveness AWZ, can now be done in all embodiments or in at least some of the embodiments either using the inequality(s) (2.1) and/or (3). be made using the 1st or 2nd approach. Or, as already mentioned, a numerical representation of the inequality(s) (2.1) and/or (3) can also be used in the controller 250.
- the adaptation/adjustment of the adjustable parameters (system and/or process parameters), or the stripping effectiveness AWZ, can now be carried out in all embodiments or in at least some of the embodiments in such a way that the surface support of the layer 10 and/or the (support) ) Mass of the layer 10, and / or the target thickness of the layer 10 remains constant or within narrowly specified tolerance limits, such as defined by a target specification.
- the target specification can be specified by the manufacturer and/or the customer or client.
- either inequality(s) (2.1) and/or (3) or the formulas of the 1st approach or the formulas of the 2nd approach are implemented in the controller 250 by software, or they are in one or more tables Numerical values for the absolute local humidity f and correspondingly suitable adjustable parameters (system and/or process parameters), or the stripping effective numbers AWZ, are stored. Using a lookup table, the controller 250 can then retrieve the correspondingly suitable adjustable parameters (system and/or process parameters), or stripping effective numbers AWZ, for a currently valid absolute local moisture value f and adjust the device 150, or give the machine operator a numerical value, for example for adjusting the thickness d of the nozzle lip gap (e.g. show on a display).
- adjustable parameters system and/or process parameters
- stripping effective numbers AWZ in the following number or value ranges are preferably used.
- the individual number or value ranges in Table 1 are not correlated with each other, or only in some areas, because the respective maximum and minimum values come from different experiments. There were only those respective maximum and minimum values from Table 2 ( Fig. 8A , 8B ) and summarized here.
- the table 2 ( Fig. 8A , 8B ) mentioned nozzle height is the vertical distance between the zinc bath level and the impact line of the gas jet on the layer 10 to be stripped off.
- the nozzle pressure in Table 2, Fig. 8A , 8B is defined as the (over)pressure (based on the ambient pressure) of the stripping gas G in the nozzle 15 in mbar.
- the flow rate D of the gas G per band side is typically in the range between 200 and 8000 Nm 3 per hour in all embodiments.
- Table 1 parameter lower limit Upper limit TB [ 0 C] 409 473 Z [mm] 2.5 14.1 d [mm] 0.8 1.2 D [Nm 3 /h] 410 1775 k 0.55 1.0 w [mm] 1159 1614 b [mm] 0.76 1.76 v [m/min] 70 150
- the table 2 of the Fig. 8B shows experiments in which layers 10 with medium (as exemplified in Fig. 7B shown) or even stronger Marbling (as exemplified in Fig. 7C shown) were generated.
- the values of Table 2 of the Fig. 8B were also sorted by ascending b.
- Example 1 Reduction of the stripping effectiveness AWZ by reducing the nozzle distance Z (see Table 3).
- Table 3 shows two test examples 1.1 and 1.2, which demonstrate a reduction in the stripping effectiveness AWZ by reducing the nozzle distance Z from 10 mm to 8 mm.
- the EEZ is calculated according to inequality (3) to a value of 21.3.
- the nozzle distance Z was reduced from 10 mm to 8 mm, whereby the bandwidth w, the nozzle lip gap d, the belt speed v, the bath temperature TB and the layer coverage per side were left constant. Due to the changed nozzle distance Z, the ratio Z/d is shifted, which also changes the values determined for b and k. From Table 3 it can be seen that here as As a result of the change in the nozzle distance Z, the nozzle pressure and thus the gas flow per side D had to be reduced from 1691 to 1386 Nm 3 /h by an automatic control of the stripping nozzle system in order to keep the thickness of the layer 10 essentially constant.
- Example 2 Reduction of the stripping effectiveness AWZ by reducing the nozzle lip gap d.
- Table 4 shows two test examples 2.1 and 2.2, which demonstrate a reduction in the stripping effectiveness AWZ by reducing the thickness d from 1.2 mm to 1 mm.
- the AWZ is calculated according to inequality (3) to a value of 9.4.
- the nozzle lip gap d was reduced from 1.2 mm to 1.0 mm, with the other parameters remaining essentially constant.
- the ratio Z/d is shifted, which also changes the values determined for b and k. If you now calculate the stripping effectiveness AWZ using these new process parameters (Table 4, Example 2.2), the result is a value of 4.9. By reducing the nozzle lip gap from 1.2 mm to 1.0 mm, the stripping effectiveness AWZ could be reduced from 9.4 to 4.9 with an unchanged layer layer.
- Example 3 Reduction of the stripping effectiveness AWZ by increasing the bath temperature TB.
- Table 5 shows two test examples 3.1 and 3.2, which demonstrate a reduction in the stripping effectiveness AWZ by increasing the bath temperature TB from 439 ° C to 455 ° C.
- the bath temperature TB was increased from 439 ° C to 455 ° C mm, with the other parameters remaining essentially constant.
- the ratio Z/d remains unchanged, so the values determined for b and k remain constant when the bath temperature TB increases.
- the absolute local humidity f is preferably defined as the absolute humidity within a virtual cylinder body vZK, as in Fig. 5 shown schematically.
- this virtual cylinder body vZK an area that extends to the right and left parallel to the band-shaped flat steel product 100 is excluded.
- the virtual cylinder body vZK is composed of two virtual cylinder volume segments, which are delimited on the one hand by a virtual cylinder surface which encloses the gas nozzles 15 concentrically or almost concentrically.
- the two cylinder volume segments together have a volume in a range of 1m 3 to 10m 3 and preferably a volume of less than 2 m 3 .
- the measurement of the absolute local humidity f is preferably carried out directly or indirectly within the cylinder volume segments.
- a part of a further device 150 is shown, the two cylinder volume segments of the virtual cylinder body vZK being shown here.
- the bath 11 is shown here as a rectangular container that is open at the top.
- the liquid zinc alloy (abbreviated here as ZnAIMg) is located in the bath 11. Only a short length section of the flat steel product 100, which has a strip shape, 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 between two opposing gas nozzles 15 of the stripping nozzle device 14. If the two gas nozzles 15 are arranged parallel to one another, then a center line ML can be defined between these nozzles 15.
- This center line ML is in Fig. 5 shown in dashed lines.
- the center line ML lies in a nozzle plane DE (which is defined as the xy plane).
- the virtual cylindrical body vZK results in 3-dimensional space around the center line ML.
- the “outer shell” of the virtual Cylinder body vZK runs concentric to the center line ML. All points of the “outer shell” have an equidistant distance ra from the center line ML (ra is the radius of the virtual cylinder body vZK).
- the virtual cylinder body vZK includes at least the nozzles 15 of the stripping nozzle device 14 and has a virtual cylinder height vZH, which is defined parallel to the y-axis.
- the virtual cylinder height vZH preferably corresponds to the bandwidth w of the flat steel product 100 and/or the length of the nozzle 15 (defined parallel to the y-axis).
- the specified value ranges for the absolute local air humidity f can be defined for all embodiments within this virtual cylinder body vZK.
- the absolute local air humidity f is measured along a y-line that runs parallel to the flat steel product 100 and that lies inside the virtual cylinder body vZK.
- This y-line is parallel to the y-axis.
- the so-called nozzle plane also called stripping plane
- the center line ML lies within the nozzle plane.
- the absolute local humidity f is determined or measured in all or at least some of the embodiments at several points on this y-line and an average of the determined or measured values is compared with the numerical range specified for the absolute local humidity f .
- the absolute local air humidity f is in the range from 1 g/m 3 to 300 g/m 3 , preferably in the range from 1.08 g/m 3 to 51, in all or at least some of the embodiments inside a virtual cylinder body vZK g/m 3 , whereby this virtual cylinder body vZK has a volume of 2 m 3 .
- the absolute local air humidity f can also be defined in a volume range of 1m 3 to 10m 3 and can be measured there directly or indirectly, the measurement preferably not being carried out directly on the impingement line of the gas G but on a y-line , which runs parallel to the y-axis above the impact line.
- the y-line described is in the embodiment of Fig. 2 in the area between the nozzles 15 of the stripping nozzle device 14 and the lower entrance side of the cooling area 16.
- the y-line described is in the embodiment of Fig. 6 above the impact line and is, for example, at least 20 cm away from the center line ML of the virtual cylinder body vZK, which is marked on the flat steel product 100 by a small white circle.
- FIG. 6 A further embodiment of a device 150 is shown, whereby an approach for directly measuring the absolute local air humidity is also used here.
- the structure of the device 150 is similar to that in Fig. 2 Device 150 shown, therefore the description of the Fig. 2 referred.
- the structure of the device 150 is similar to that in Fig. 2 Device 150 shown, therefore the description of the Fig. 2 referred.
- Of the bath 11, only the area of the exit side A is shown.
- Two gas nozzles 15 are arranged parallel to the front and rear sides of the belt (the gas nozzles 15 extend into the plane of the drawing).
- Each of the nozzles 15 is, as indicated schematically, fed with the inert 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. 6 designated V5, V6, V7 and V8.
- 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 adjustable parameters, a layer 10 with a substantially constant target thickness is always produced.
- the regulation includes at least one Sensor (not shown) that measures the actual thickness of the layer 10 after blowing off. If the actual thickness is smaller than the target thickness, the control reduces the flow rate D and vice versa.
- Each of the nozzles 15 can be moved parallel to the z-axis by a motor or actuator M.
- the motors or actuators M are connected to the controller 250 as shown.
- the corresponding connecting lines or lines are in Fig. 6 labeled V9, V10, V11 and V12.
- the control of the nozzle distance Z can be laser-assisted in all embodiments.
- 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 in Fig. 6 designated V13 and V14.
- a virtual cylinder body vZK is indicated, the center line ML of which cuts through the drawing plane slightly above the nozzles 15.
- the location of the center line ML is shown by a small white circle on the strip-shaped flat steel product 100. Since the overall constellation is limited on the bottom by the bath 11 and on the top by the optional cooling area 16, the virtual cylinder body vZK is a virtual cylinder body vZK cut at the top and bottom.
- two moisture sensors 51 are used in order to be able to determine the absolute local humidity.
- the humidity sensors 51 are with the Control 250 connected.
- the corresponding connecting lines or lines are in Fig. 6 labeled V1, V2, V3 and V4.
- a device 150 as shown in Fig. 6 is shown as an example and schematically, the method can be carried out particularly advantageously and with reproducible results.
- Fig. 9 shows exemplary steps of the method described here in the form of a flowchart.
- the individual components and elements of the device 150 are set up (step S1).
- the device can be set up, for example, based on a target specification of the layer 10 to be applied.
- step S2 Before, during or after setting up S1, the current absolute local humidity f is measured (directly or indirectly) (step S2). Then, using one of the inequalities or using a “lookup” table, it is determined 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 back to step S1. After branching back, adjustments may be made to the setup of the components and elements of the device 150, aiming to reduce AWZ to satisfy the condition f > AWZ. When adjusting, care is taken to ensure that the target specification of the layer 10 to be applied continues to be met.
- 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 absolute local air humidity f . If f has been reduced, it is checked again (as in step S3) whether the condition f > AWZ is still met. If yes, then the application of layer 10 continues. If not, then (analogous to step S1) adjustments can be made to the setup of the components and elements of the device 150 the aim is that the condition f > AWZ is or remains fulfilled.
- a corresponding controller 250 can be designed or programmed in all embodiments in such a way that it is taken into account that a change in the thickness d and/or the distance Z has little or no influence on the stripping effectiveness AWZ if the ratio Z/d is small .
- the process can be interrupted. As part of such an interruption, the width d of the nozzle lip gap 17 can then be adjusted manually, for example (which is not possible automatically in most devices 150).
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Abstract
Vorrichtung (150) zum Aufbringen einer Schicht auf ein Stahlflachprodukt (100), umfassend
- ein Zink-Legierungsschmelzbad (11) mit einer Eingangsseite (E), einer Ausgangsseite (A) und einer Umlenkung (13), um das Stahlflachprodukt (100) von der Eingangsseite (E) kommend mit einer Bandgeschwindigkeit durch das Zink-Legierungsschmelzbad (11) hindurch zur Ausgangsseite (A) zu führen,
- eine Abstreifdüsenvorrichtung (14), die mindestens einen Düsenlippenspalt umfasst, und die im Bereich der Ausgangsseite (A) so angeordnet ist, dass die noch flüssige Schicht am Stahlflachprodukt (100) mit Gas abblasbar ist, das durch den Düsenlippenspalt austritt, um die Schicht auf eine Solldicke abzublasen,
wobei die Zink-Legierung des Zink-Legierungsschmelzbads (11) die folgende Zusammensetzung aufweist:
- einen Aluminium-Anteil, der im Bereich zwischen 1,0 und 3,5 Gewichtsprozent liegt,
- einen Magnesium-Anteil, der im Bereich zwischen 1,0 und 3,0 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 zusätzlichen Elementes in der metallischen Beschichtung weniger als 0,1 % beträgt, und unvermeidbare Verunreinigungen,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (150) dazu eingerichtet oder ausgelegt ist, mindestens eine der folgenden Anpassungen manuell oder automatisch vorzunehmen:
- Erhöhen der Badtemperatur des Legierungsschmelzbades (11), falls sich die momentane absolute lokale Luftfeuchtigkeit reduziert und vice versa, und/oder
- Reduzieren der Dicke des Düsenlippenspalts, falls sich die momentane absolute lokale Luftfeuchtigkeit reduziert und vice versa, und/oder
- Reduzieren des Abstands zwischen dem Düsenlippenspalt und der Seite des Stahlflachprodukts (100), falls sich die momentane absolute lokale Luftfeuchtigkeit reduziert und vice versa,
wobei zusätzlich die Durchflussmenge des Gases automatisch angepasst wird, um die Soll-Dicke der aufzubringenden Schicht im Wesentlichen konstant zu halten.
Device (150) for applying a layer to a flat steel product (100), comprising
- a zinc alloy melt pool (11) with an input side (E), an output side (A) and a deflection (13) to move the flat steel product (100) from the input side (E) through the zinc alloy melt pool (11) at a belt speed ) to lead through to the exit side (A),
- a stripping nozzle device (14), which comprises at least one nozzle lip gap, and which is arranged in the area of the output side (A) in such a way that the still liquid layer on the flat steel product (100) can be blown off with gas that exits through the nozzle lip gap in order to form the layer to blow off to a target thickness,
wherein the zinc alloy of the zinc alloy melt pool (11) has the following composition:
- an aluminum content that lies in the range between 1.0 and 3.5 percent by weight,
- a magnesium content that is in the range between 1.0 and 3.0 percent by weight, and
- the remainder of the zinc alloy melt pool (11) is zinc and optionally one or more additional elements selected from Si, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, Zr, Sr, La, Ce or Bi, the weight-based content of each additional element in the metallic coating is less than 0.1%, and unavoidable impurities,
characterized in that the device (150) is set up or designed to carry out at least one of the following adjustments manually or automatically:
- Increasing the bath temperature of the alloy melt pool (11) if the current absolute local air humidity is reduced and vice versa, and/or
- Reducing the thickness of the nozzle lip gap if the current absolute local humidity is reduced and vice versa, and/or
- Reducing the distance between the nozzle lip gap and the side of the flat steel product (100) if the current absolute local air humidity is reduced and vice versa,
In addition, the flow rate of the gas is automatically adjusted in order to keep the target thickness of the layer to be applied essentially constant.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren mit dem sich Stahlflachprodukte mit einer auf Zink-Aluminium-Magnesium (ZnAlMg) basierenden Schicht, z.B. als Schutzüberzug, beschichten lassen. Es geht hier auch um eine Vorrichtung, die dazu ausgelegt ist, das erfindungsgemäße Verfahren zur Anwendung zu bringen.The present invention relates to a method with which flat steel products can be coated with a layer based on zinc-aluminum-magnesium (ZnAlMg), for example as a protective coating. This is also about a device that is designed to use the method according to the invention.
Es ist hinlänglich bekannt, dass Stahlflachprodukte 100, wie Stahlbänder oder Stahlbleche, zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit mit einer 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
Details eines geeigneten Verfahrens und besonders geeigneter Legierungszusammensetzungen sind zum Beispiel der publizierten Anmeldung
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.There is prior art that mentions water or steam in connection with hot-dip coating of flat steel products. The relevant documents are listed below and their content, where relevant here, is briefly described.
In dem Patent
In der publizierten Patentanmeldung
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.In addition to pure protection against corrosion, there are increasingly more stringent requirements regarding the surface quality of zinc-coated flat steel products. The automotive industry in particular expects products that meet the highest surface requirements. However, providing homogeneous surfaces is not trivial.
Hauptprobleme sind hierbei oftmals Oberflächenstörungen der ZnAlMg-Schicht. An der ZnAlMg-Schicht kann sich zum Beispiel eine Marmorierung (engl.: Marble-Effect), der «Zahnstocher»- (engl.: «Toothpick») oder «Strandmuster»-Fehler (engl.: «Beach Pattern») ausbilden oder es kann eine Schlackebildung auftreten. Es gibt Patente (z.B.
Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung bereit zu stellen, um Stahlflachprodukte beschichten zu können, die korrosionstechnisch eine besonders dauerhafte und robuste Schutzwirkung haben, wobei die Oberfläche des Schutzüberzugs besonders homogen, sehr glatt und ohne Marmorierung (ohne «Marbel Effect») und/oder Zahnstocher-Fehler (ohne «Toothpick») sein soll. Es wird eine Oberflächenqualität angestrebt, die höchsten Kundenanforderungen gerecht wird.The task is therefore to provide a method and a corresponding device in order to be able to coat flat steel products which have a particularly long-lasting and robust protective effect in terms of corrosion, whereby the surface of the protective coating is particularly homogeneous, very smooth and without marbling (without "marbel Effect") and/or toothpick error (without "toothpick"). The aim is to achieve a surface quality that meets the highest customer requirements.
Außerdem soll dieses Verfahren möglichst wenig energieaufwändig, kostengünstig, einfach und reproduzierbar sein.In addition, this process should be as energy-intensive as possible, cost-effective, simple and reproducible.
Gemäß Erfindung werden ein kontinuierliches (Schmelztauch-)Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung bereitgestellt, die es erlauben, ein Stahlflachprodukt mit einer metallischen Schicht, die z.B. als (Schutz-)Überzug dienen kann, zu versehen, wobei diese Schicht das Stahlsubstrat des Stahlflachprodukts vor äußeren Einflüssen schützt.According to the invention, a continuous (hot-dipping) process and a corresponding device are provided, which make it possible to provide a flat steel product with a metallic layer, which can serve, for example, as a (protective) coating, this layer protecting the steel substrate of the flat steel product from the outside protects against influences.
Bei allen Ausführungsformen geht es um das Aufbringen einer (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 weist die folgende Zusammensetzung auf:
- einen Aluminium-Anteil, der im Bereich zwischen 1,0 und 3,5 Gewichtsprozent und vorzugsweise im Bereich zwischen 1,3 und 2,8 Gewichtsprozent liegt,
- einen Magnesium-Anteil, der im Bereich zwischen 1,0 und 3,0 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 zusätzlichen Elementes in der metallischen Beschichtung weniger als 0,1 % beträgt, und unvermeidbare Verunreinigungen.
- an aluminum content which is in the range between 1.0 and 3.5 percent by weight and preferably in the range between 1.3 and 2.8 percent by weight,
- a magnesium content which is in the range between 1.0 and 3.0 percent by weight and preferably in the range between 1.2 and 2.2 percent by weight, and
- the remainder of the zinc alloy molten pool is zinc and optionally one or more additional elements selected from Si, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, Zr, Sr, La, Ce or Bi, the weight-based content of each additional element in the metallic coating is less than 0.1% and unavoidable contamination.
Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens einer der folgenden anpassbaren Parameter wie folgt angepasst wird:
- Erhöhen der Badtemperatur des Legierungsschmelzbades, falls sich die momentane absolute lokale Luftfeuchtigkeit reduziert und vice versa, und/oder
- Reduzieren der Dicke des Düsenlippenspalts, falls sich die momentane absolute lokale Luftfeuchtigkeit reduziert und vice versa, und/oder
- Reduzieren des Abstands zwischen dem Düsenlippenspalt und der Seite des Stahlflachprodukts, falls sich die momentane absolute lokale Luftfeuchtigkeit reduziert und vice versa,
- Increasing the bath temperature of the alloy melt pool if the current absolute local humidity is reduced and vice versa, and/or
- Reducing the thickness of the nozzle lip gap if the current absolute local humidity is reduced and vice versa, and/or
- Reducing the distance between the nozzle lip gap and the side of the flat steel product if the current absolute local humidity is reduced and vice versa,
Eine Vorrichtung, die zum Aufbringen einer Schicht auf ein Stahlflachprodukt ausgelegt ist, umfasst
- ein Zink-Legierungsschmelzbad mit einer Eingangsseite, einer Ausgangsseite und einer Umlenkung, um das Stahlflachprodukt von der Eingangsseite kommend mit einer Bandgeschwindigkeit durch das Zink-Legierungsschmelzbad hindurch zur Ausgangsseite zu führen,
- eine Abstreifdüsenvorrichtung, die mindestens einen Düsenlippenspalt umfasst, und die im Bereich der Ausgangsseite so angeordnet ist, dass die noch flüssige Schicht am Stahlflachprodukt mit Gas abblasbar ist, das durch den Düsenlippenspalt austritt, um die Schicht auf eine Solldicke abzublasen,
- einen Aluminium-Anteil, der im Bereich zwischen 1,0 und 3,5 Gewichtsprozent und vorzugsweise im Bereich zwischen 1,3 und 2,8 Gewichtsprozent liegt,
- einen Magnesium-Anteil, der im Bereich zwischen 1,0 und 3,0 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 zusätzlichen Elementes in der metallischen Beschichtung weniger als 0,1 % beträgt, und unvermeidbare Verunreinigungen.
- a zinc alloy melt pool with an input side, an output side and a deflection to remove the flat steel product from the input side coming at a belt speed through the zinc alloy melt pool to the output side,
- a stripping nozzle device which comprises at least one nozzle lip gap and which is arranged in the area of the output side in such a way that the still liquid layer on the flat steel product can be blown off with gas which emerges through the nozzle lip gap in order to blow off the layer to a target thickness,
- an aluminum content which is in the range between 1.0 and 3.5 percent by weight and preferably in the range between 1.3 and 2.8 percent by weight,
- a magnesium content which is in the range between 1.0 and 3.0 percent by weight and preferably in the range between 1.2 and 2.2 percent by weight, and
- the remainder of the zinc alloy molten pool is zinc and optionally one or more additional elements selected from Si, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, Zr, Sr, La, Ce or Bi, the weight-based content of each additional element in the metallic coating is less than 0.1% and unavoidable contamination.
Diese Vorrichtung ist dazu eingerichtet oder ausgelegt mindestens eine der folgenden Anpassungen manuell oder automatisch vorzunehmen:
- Erhöhen der Badtemperatur des Legierungsschmelzbades, falls sich die momentane absolute lokale Luftfeuchtigkeit reduziert und vice versa, und/oder
- Reduzieren der Dicke des Düsenlippenspalts, falls sich die momentane absolute lokale Luftfeuchtigkeit reduziert und vice versa, und/oder
- Reduzieren des Abstands zwischen dem Düsenlippenspalt und der Seite des Stahlflachprodukt, falls sich die momentane absolute lokale Luftfeuchtigkeit reduziert und vice versa,
- Increasing the bath temperature of the alloy melt pool if the current absolute local humidity is reduced and vice versa, and/or
- Reducing the thickness of the nozzle lip gap if the current absolute local humidity is reduced and vice versa, and/or
- Reducing the distance between the nozzle lip gap and the side of the flat steel product if the current absolute local humidity is reduced and vice versa,
Bei allen Ausführungsformen oder mindestens einem Teil der Ausführungsformen wird ein metallisches Bad mit einer ZnAlMg-Legierung vorgelegt, die sich nach dem folgenden Legierungskonzept zusammensetzt:
- der Aluminium-Anteil (in Gewichtsprozent) liegt
1,0im Bereich zwischen und 3,5 Gewichtsprozent und vorzugsweiseim Bereich zwischen 1,3 2,8 Gewichtsprozent;und - der Magnesium-Anteil (in Gewichtsprozent) liegt
1,0im Bereich zwischen und 3,0 Gewichtsprozent und vorzugsweise 1,2im Bereich zwischen 2,2 Gewichtsprozent;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 zusätzlichen Elementes in der metallischen Beschichtung weniger
0,1 % beträgt, und unvermeidbare Verunreinigungen.als
- the aluminum content (in percent by weight) is in the range between 1.0 and 3.5 percent by weight and preferably in the range between 1.3 and 2.8 percent by weight;
- the magnesium content (in percent by weight) is in the range between 1.0 and 3.0 percent by weight and preferably in the range between 1.2 and 2.2 percent by weight;
- the remainder of the zinc alloy molten pool is zinc and optionally one or more additional elements selected from Si, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, Zr, Sr, La, Ce or Bi, the weight-based content of each additional element in the metallic coating is less than 0.1% and unavoidable contamination.
Der Aluminium-Anteil (in Gewichtsprozent) kann bei einem Teil der Ausführungsformen größer als der oder gleich dem Magnesium-Anteil (in Gewichtsprozent) sein.In some of the embodiments, the aluminum content (in percent by weight) can be greater than or equal to the magnesium content (in percent by weight).
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.In all embodiments or at least some of the embodiments, 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.
Die Kombination aus einem genau definierten ZnAlMg-Legierungskonzept, aus einer Überwachung oder Beobachtung der momentanen absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit und einer gezielten Anpassung des Abstreifprozesses (respektive der entsprechenden Verfahrens- und/oder Anlagenparameter bzw. der Abstreifwirkzahl), kann eine Oberfläche erzeugt werden, die keine oder eine vernachlässigbar geringe Marmorierung zeigt.The combination of a precisely defined ZnAlMg alloy concept, monitoring or observation of the current absolute local air humidity and a targeted adjustment of the stripping process (or the corresponding process and/or system parameters or the stripping effectiveness factor) can create a surface that does not or shows negligible marbling.
Die Werte der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit, die gemäß Erfindung in unmittelbarer Nähe des Stahlflachproduktes in einem Bereich zwischen der Ausgangsseite und dem Kühlbereich (falls vorhanden) vorliegen sollen, liegen bei allen Ausführungsformen im Bereich von 1 g/m3 bis 300 g/m3, vorzugsweise im Bereich von 1,08 g/m3 bis 51 g/m3, d.h. das Verfahren kann bei einer absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit, die im genannten Bereich liegt, erfolgreich durchgeführt werden.The values of the absolute local air humidity, which according to the invention should be present in the immediate vicinity of the flat steel product in an area between the output side and the cooling area (if present), are in the range from 1 g/m 3 to 300 g/m 3 in all embodiments. preferably in the range from 1.08 g/m 3 to 51 g/m 3 , ie the process can be carried out at an absolute local air humidity that lies within the specified range can be carried out successfully.
Nach der Abstreifdüsenvorrichtung kann bei allen Ausführungsformen optional auch eine Bandstabilisierungseinrichtung folgen, die zum automatisieren Stabilisieren der Bewegung des Stahlflachprodukts dient. In diesen Ausführungsformen können die Werte der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit im Bereich zwischen der Abstreifdüsenvorrichtung und der Bandstabilisierungseinrichtung ermittelt werden.In all embodiments, 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. In these embodiments, the values of the absolute local air humidity can be determined in the area between the stripping nozzle device and the belt stabilization device.
Das Verfahren umfasst bei einer absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit, die größer ist als 1 g/m3, vorzugsweise die folgenden Schritte:
- Betreiben des Legierungsschmelzbades mit einer Badtemperatur
TB im Bereich 400 < TB < 480 Grad Celsius, vorzugsweise im Bereich 409 < TB < 473 Grad Celsius, und besonders vorzugsweiseim Bereich 420 < TB < 460 Grad Celsius, - Betreiben der Abstreifdüsenvorrichtung mit einen 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 Gas, das durch den Düsenlippenspalt in Richtung des Stahlflachproduktes mit einer Gas-Durchflussmenge strömt, die
im Bereich von 200 bis 8000 Nm3 pro Stunde beträgt.
- Operating the alloy melt pool with a bath temperature TB in the
range 400 <TB <480 degrees Celsius, preferably in the range 409 <TB <473 degrees Celsius, and particularly preferably in therange 420 <TB <460 degrees Celsius, - Operating the stripping nozzle device with a nozzle distance from the flat steel product that is between 2 and 15 mm, preferably between 3 and 12 mm,
- Blowing off the flat steel product on the exit side of the alloy melt pool with the gas that flows through the nozzle lip gap in the direction of the flat steel product with a gas flow rate that is in the range of 200 to 8000 Nm 3 per hour.
Die Festschreibung des oben definierten ZnAlMg-Legierungskonzepts ergibt sich aus zahleichen Untersuchungen und Berechnungen. Innerhalb der angegebenen Grenzen des ZnAlMg-Legierungskonzepts hat sich die hier präsentierte technische Lehre besonders bewährt.The determination of the ZnAlMg alloy concept defined above results from numerous investigations and calculations. Within the stated limits of the ZnAlMg alloy concept, the technical teaching presented here has proven particularly useful.
Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen wird die absolute lokale Luftfeuchtigkeit permanent gemessen.In at least some of the embodiments, the absolute local air humidity is permanently measured.
Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen wird die absolute lokale Luftfeuchtigkeit von Zeit zu Zeit gemessen.In at least some of the embodiments, the absolute local humidity is measured from time to time.
Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen wird das Verfahren unterbrochen, falls die absolute lokale Feuchtigkeit zu niedrig sein sollte, um einen oder mehrere der anpassbaren Parameter anzupassen.In at least some of the embodiments, the method is interrupted if the absolute local humidity is too low to adjust one or more of the adjustable parameters.
Vorzugsweise wird das Verfahren bei allen Ausführungsformen mit einer reduzierten Badtemperatur TBred durchgeführt, die im Bereich 420 < TBred < 460 Grad Celsius liegt. In diesem Bereich kann zusätzlich die Bildung von Schlacke verringert werden.In all embodiments, the method is preferably carried out with a reduced bath temperature TB red , which is in the
Anhand konkreter Versuche konnte belegt werden, dass das ZnAlMg-Legierungskonzept in der Tat zu sehr guten Ergebnissen führt. Es hat sich gezeigt, dass durch eine gezielte Anpassung des Abstreifprozesses (respektive der entsprechenden Abstreifwirkzahl) hervorragende Ergebnisse erzielt werden können.Concrete tests have shown that the ZnAlMg alloy concept actually leads to very good results. It has been shown that excellent results can be achieved by specifically adapting the stripping process (or the corresponding stripping effectiveness number).
Die Entwicklung des neuen Verfahrens, des besonders geeigneten ZnAlMg-Legierungskonzepts und der gezielten Anpassung der (Verfahrens-) Parameter (respektive der entsprechenden Abstreifwirkzahl) geht zurück auf theoretische Betrachtungen, diverse Simulationen von Abstreifvorgängen und auf zahlreiche Versuche.The development of the new process, the particularly suitable ZnAlMg alloy concept and the targeted adjustment of the (process) parameters (or the corresponding stripping effectiveness number) is based on theoretical considerations, various simulations of stripping processes and numerous tests.
Die Vorgänge im Bereich der Abstreifdüsenvorrichtung und am Stahlflachprodukt sind hochkomplex und hängen von zahlreichen (Verfahrens-) Parametern und Einflussgrößen (respektive der entsprechenden Abstreifwirkzahl) ab. Daher setzen das vorliegende Verfahren und die Vorrichtung auf einige vereinfachte Annahmen und Festlegungen, um reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten.The processes in the area of the stripping nozzle device and on the flat steel product are highly complex and depend on numerous (process) parameters and influencing variables (or the corresponding stripping effectiveness). Therefore, the present method and apparatus rely on some simplified assumptions and specifications to obtain reproducible results.
Das beschichtete Stahlflachprodukt kann bei allen Ausführungsformen, wie üblich, nach der Beschichtung einem Dressier- oder Nachwalzvorgang und/oder einem Biege-Streckrichtevorgang unterzogen werden. Vorzugsweise beträgt dabei der Gesamt-Verformungsgrad für das beschichtete Stahlflachprodukt zwischen 0,5% und 2,5%, bevorzugt zwischen 0,7% und 1,7%. Durch den Dressier- oder Nachwalzschritt (mit einer Umformung im Bereich 0,7 - 1,7 %) kann der negative Einfluss der Marmorierung weiter verringert werden.In all embodiments, the coated flat steel product can, as usual, be subjected to a temper-rolling or temper-rolling process and/or a bending-stretching process after coating. The total degree of deformation for the coated flat steel product is preferably between 0.5% and 2.5%, preferably between 0.7% and 1.7%. Through the dressing or The negative influence of marbling can be further reduced in the re-rolling step (with a deformation in the range of 0.7 - 1.7%).
Im Übrigen kann das beschichtete Stahlflachprodukt bei allen Ausführungsformen mit den üblichen Transportschutzmaßnahmen wie bspw. Beölung oder anderen chemischen Behandlungsmitteln behandelt werden, wie in Punkt 7 des Merkblatts "Charakteristische Merkmale 095 - Schmelztauchveredeltes Band und Blech", Ausgabe 2010, herausgegeben vom Stahl-Informations-Zentrum 40039 Düsseldorf, ausgeführt.Furthermore, in all embodiments, the coated flat steel product can be treated with the usual transport protection measures such as oiling or other chemical treatment agents, as in
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegenstände der abhängigen Ansprüche.Further advantageous embodiments of the invention form the subject matter of the dependent claims.
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. 2
- zeigt eine stark schematisierte Darstellung einer ersten beispielhaften Vorrichtung, in der das Verfahren der Erfindung zum Einsatz kommt;
- FIG. 3A
- zeigt eine stark schematisierte Seitenansicht einer Abstreifdüsenvorrichtung mit nur einer Düse, 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 Beschichtung bezogen 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 zahlreicher beispielhafter Versuche, wobei auf der Ordinatenachse die Abstreifwirkzahl AWZ und auf der Abszisse die absolute Luftfeuchtigkeit f aufgetragen sind;
- FIG. 5
- zeigt eine stark schematisierte Darstellung einer Vorrichtung, in der das Verfahren der Erfindung zum Einsatz kommt, wobei zwei virtuelle Zylindervolumensegmente gezeigt sind;
- FIG. 6
- zeigt eine stark schematisierte Darstellung einer weiteren Vorrichtung der Erfindung, in der das Verfahren der Erfindung zum Einsatz kommt;
- FIG. 7A
- zeigt eine stark schematisierte Darstellung einer Bandseite eines Stahlflachprodukts, das keine Marmorierung aufweist;
- FIG. 7B
- zeigt eine stark schematisierte Darstellung einer Bandseite eines Stahlflachprodukts, das eine mittlere Marmorierung aufweist;
- FIG. 7C
- zeigt eine stark schematisierte Darstellung einer Bandseite eines Stahlflachprodukts, das eine starke Marmorierung aufweist;
- FIG. 7D
- zeigt ein Foto eines beschichteten Stahlflachprodukts ohne Marmorierung;
- FIG. 7E
- zeigt ein Foto eines beschichteten Stahlflachprodukts mit starker Marmorierung inklusive Zahnstocher-Fehler;
- FIG. 7F
- zeigt ein Foto eines beschichteten Stahlflachprodukts ohne Marmorierung nach dem Dressieren;
- FIG. 7G
- zeigt ein Foto eines beschichteten Stahlflachprodukts mit Marmorierung inklusive Zahnstocher-Fehler nach dem Dressieren;
- FIG. 8A
- zeigt
Details der Tabelle 2 mit Versuchsergebnissen; - FIG. 8B
- zeigt
Details der Tabelle 2 mit weiteren Versuchsergebnissen; - FIG. 9
- zeigt beispielhafte Schritte des hier beschriebenen Verfahrens.
- FIG. 1
- shows a highly schematic representation of a known device for dip-coating and stripping flat steel products (prior art);
- FIG. 2
- shows a highly schematic representation of a first exemplary device in which the method of the invention is used;
- FIG. 3A
- shows a highly schematic side view of a stripping nozzle device with only one nozzle in order to be able to define some of the process and system parameters relevant here (this representation is not to scale);
- FIG. 3B
- shows a schematic representation of the pressure curve P on the surface of the coating based on a position on the x-axis;
- FIG. 3C
- shows a schematic representation of the shear force curve τ on the surface of the coating based on a position on the x-axis;
- FIG. 4
- shows a summarized graphical representation of numerous exemplary tests, with the ordinate axis showing the The stripping effectiveness number AWZ and the absolute humidity f are plotted on the abscissa;
- FIG. 5
- shows a highly schematic representation of an apparatus in which the method of the invention is used, with two virtual cylinder volume segments shown;
- FIG. 6
- shows a highly schematic representation of a further device of the invention in which the method of the invention is used;
- FIG. 7A
- shows a highly schematic representation of a strip side of a flat steel product that has no marbling;
- FIG. 7B
- shows a highly schematic representation of a band side of a flat steel product that has medium marbling;
- FIG. 7C
- shows a highly schematic representation of a strip side of a flat steel product that has strong marbling;
- FIG. 7D
- shows a photo of a coated flat steel product without marbling;
- FIG. 7E
- shows a photo of a coated flat steel product with heavy marbling including a toothpick defect;
- FIG. 7F
- shows a photo of a coated flat steel product without marbling after tempering;
- FIG. 7G
- shows a photo of a coated flat steel product with marbling including toothpick defects after tempering;
- FIG. 8A
- shows details of Table 2 with experimental results;
- FIG. 8B
- shows details of Table 2 with further test results;
- FIG. 9
- shows example steps of the process described here.
Es geht hier um ein Verfahren und eine Vorrichtung 150 zum Aufbringen einer Schicht 10 auf ein bandförmiges Stahlflachprodukt 100 (siehe
Im Rahmen der Erfindung ist darauf zu achten, dass sich einerseits die Schicht 10 im Wesentlichen nicht ändert, auch wenn sich die absolute Luftfeuchtigkeit f der Umgebung ändert, und dass andererseits keine Marmorierung auftritt. Anders ausgedrückt geht es um die Vermeidung der Marmorierung bei sich ändernder absoluter lokaler Luftfeuchtigkeit f, wobei gleichzeitig die Solldicke der Schicht 10 im Wesentlichen eingehalten wird.Within the scope of the invention, care must be taken to ensure that, on the one hand, the
Zusätzlich zu der Solldicke der Schicht 10 kann bei allen Ausführungsformen auch die Soll(Flächen-)Auflagenmasse der Schicht 10 vorgegeben werden. 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.In addition to the target thickness of the
Die Vorgänge im Bereich der Abstreifdüsenvorrichtung 14 und am Stahlflachprodukt 100 sind hochkomplex und hängen von zahlreichen Parametern und Einflussgrößen ab.The processes in the area of the stripping
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
Das Verfahren wird bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen so durchgeführt und kontrolliert, dass die Schicht 10 je Bandseite des Stahlflachprodukts 100 eine Solldicke aufweist, die innerhalb des Toleranzfensters 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.In at least some of the embodiments, the method is carried out and controlled in such a way that the
Vorzugsweise liegt die Sollflächenauflage (Auflagenmasse pro Bandseite; in Tabelle 8A und 8B Auflage pro Seite genannt) 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.Preferably, in at least some of the embodiments, the target surface layer (layer mass per band side; referred to as layer per side in Tables 8A and 8B) is in the range from 20 to 200 g/m 2 and particularly preferably in the range from 30 to 100 g/m 2 .
Um eine solche 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
1,0im Bereich zwischen und 3,5 Gewichtsprozent und vorzugsweiseim Bereich zwischen 1,3 2,8 Gewichtsprozent liegt,und - einen Magnesium-Anteil, der
1,0im Bereich zwischen und 3,0 Gewichtsprozent und vorzugsweise 1,2im Bereich zwischen 2,2 Gewichtsprozent liegt, undund - 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 zusätzlichen Elementes in der metallischen Beschichtung weniger 0,1 % beträgt, und unvermeidbare Verunreinigungen.als
- an aluminum content which is in the range between 1.0 and 3.5 percent by weight and preferably in the range between 1.3 and 2.8 percent by weight,
- a magnesium content which is in the range between 1.0 and 3.0 percent by weight and preferably in the range between 1.2 and 2.2 percent by weight, and
- the remainder of the zinc
alloy molten pool 11 is zinc and optionally one or more additional elements selected from Si, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, Zr, Sr, La, Ce or Bi, the weight-based content of each additional element being in of the metallic coating is less than 0.1% and unavoidable contamination.
Bei allen Ausführungsformen oder mindestens einem Teil der Ausführungsformen wird ein metallisches Bad 11 mit einer besonders bevorzugten ZnAlMg-Legierung vorgelegt, die sich nach dem folgenden Legierungskonzept zusammensetzt:
- der Aluminium-Anteil (in Gewichtsprozent) liegt
im Bereich zwischen 2,09und 2,66 Gewichtsprozent; - der Magnesium-Anteil (in Gewichtsprozent) liegt
1,45im Bereich zwischen und 2,24 Gewichtsprozent; - 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 zusätzlichen Elementes in der metallischen Beschichtung weniger 0,1 % beträgt, und unvermeidbare Verunreinigungen.als
- the aluminum content (in percent by weight) is in the range between 2.09 and 2.66 percent by weight;
- the magnesium content (in percent by weight) is in the range between 1.45 and 2.24 percent by weight;
- the remainder of the zinc
alloy molten pool 11 is zinc and optionally one or more additional elements selected from Si, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, Zr, Sr, La, Ce or Bi, the weight-based content of each additional element being in of the metallic coating is less than 0.1% and unavoidable contamination.
Der Aluminium-Anteil (in Gewichtsprozent) kann bei allen Ausführungsformen gleich dem oder grösser als der Magnesium-Anteil (in Gewichtsprozent) sein.In all embodiments, the aluminum content (in percent by weight) can be equal to or greater than the magnesium content (in percent by weight).
Um die Bildung der Marmorierung zu verhindern oder die Marmorierung deutlich zu reduzieren, wird kontinuierlich oder von Zeit zu Zeit die absolute lokale Luftfeuchtigkeit f ermittelt (z.B. durch direkt oder indirekte Messung). Diese Aussage trifft auch auf das Verhindern oder Reduzieren der Zahnstocher-Bildung zu.In order to prevent the formation of marbling or to significantly reduce marbling, the absolute local air humidity f is determined continuously or from time to time (e.g. by direct or indirect measurement). This statement also applies to preventing or reducing toothpick formation.
Als absolute Luftfeuchtigkeit f wird eine physikalische Größe bezeichnet, die z.B. in der Einheit g/m3 ausgedrückt werden kann. D.h., es handelt sich um die Masse des gasförmigen Wassers in einem normierten Volumenkörper, der ein Volumen von 1 m3 hat. Anders ausgedrückt, gibt die absolute Luftfeuchtigkeit f den Gehalt an Wasserdampf in einem Volumenkörper an. f wird hier als Formelzeichen für die absolute Luftfeuchtigkeit verwendet. Näherungsweise kann die absolute Luftfeuchtigkeit f bei allen Ausführungsformen aus der Lufttemperatur TL und der relativen Luftfeuchtigkeit r abgeschätzt werden, wobei gilt:
- r
- relative Luftfeuchtigkeit in %
- TL
- Lufttemperatur in °C
- r
- relative humidity in %
- TL
- Air temperature in °C
Die Messung der absoluten lokalen Feuchtigkeit f kann bei allen Ausführungsformen direkt oder indirekt 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.The absolute local humidity f can be measured directly or indirectly 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 .
Die Werte der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit f, die gemäß Erfindung in unmittelbarer Nähe des Stahlflachproduktes 100 in einem Bereich zwischen der Ausgangsseite A und dem Kühlbereich 16 (falls vorhanden) vorliegen sollen, liegen bei allen Ausführungsformen im Bereich 1 g/m3 und kleiner ist als 300 g/m3. Vorzugsweise liegt die absolute lokale Luftfeuchtigkeit bei allen Ausführungsformen im Bereich 1,08 g/m3 bis 51 g/m3.The values of the absolute local air humidity f, which according to the invention in the immediate vicinity of the
Das Verfahren ermöglicht bei einer absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit f, die größer ist als 1 g/m3 und kleiner als 300 g/m3, durch das gezielte Anpassen von anpassbaren Parametern (Verfahrens- und Anlagenparameter) das kontrollierte Aufbringen der Schicht 10 auf mindestens eine Seite des Stahlflachproduktes 100. Es wird bei allen Ausführungsformen darauf geachtet, dass das Anpassen der anpassbaren Parameter so erfolgt, dass die aufzubringende Schicht 10 (weiterhin) im Wesentlichen der Solldicke entspricht. D.h., es wird darauf geachtet, dass weiterhin eine Schicht aufgebracht wird, die der Solldicke entspricht (innerhalb von Toleranzen) und die gleichzeitig keine oder nur eine sehr geringe Marmorierung zeigt.The method enables the controlled application of the
Die anpassbaren Parameter (Verfahrens- und Anlagenparameter) können bei allen Ausführungsformen wie folgt angepasst werden:
- Erhöhen der Badtemperatur TB des Legierungsschmelzbades 11 falls sich die momentane absolute lokale Luftfeuchtigkeit f reduziert und vice versa, und/oder
- Reduzieren der Dicke d des Düsenlippenspalts 17, falls sich die momentane absolute lokale Luftfeuchtigkeit f reduziert und vice versa, und/oder
- Reduzieren des Abstands Z
zwischen dem Düsenlippenspalt 17 und der Seite desStahlflachprodukts 100, falls sich die momentane absolute lokale Luftfeuchtigkeit f reduziert und vice versa,
- Increasing the bath temperature TB of the
alloy melt pool 11 if the current absolute local air humidity f is reduced and vice versa, and/or - Reducing the thickness d of the
nozzle lip gap 17 if the current absolute local air humidity f is reduced and vice versa, and/or - Reducing the distance Z between the
nozzle lip gap 17 and the side of theflat steel product 100 if the current absolute local air humidity f is reduced and vice versa,
Zusätzlich kann bei allen Ausführungsformen auch die Bandgeschwindigkeit v geändert werden, mit der das Stahlflachprodukt 100 aus dem Zink-Legierungsschmelzbad 11 herausbewegt wird, wobei auch hier darauf geachtet wird, dass die Solldicke der aufzubringenden Schicht 10 im Wesentlichen konstant bleibt.In addition, in all embodiments, the belt speed v with which the
Vorzugsweise werden bei allen Ausführungsformen mehrere dieser anpassbaren Parameter (Verfahrens- und Anlagenparameter) abgestimmt aufeinander geändert, um sicher zu stellen, dass die Schicht 10, die aufgebracht wird, der Solldicke entspricht. Die mathematischen Zusammenhänge, die hier gelten, werden noch beschrieben.In all embodiments, several of these adjustable parameters (process and system parameters) are preferably changed in coordination with one another in order to ensure that the
Eine sogenannte Soll-Spezifikation der aufzubringenden Schicht 10 kann für alle Ausführungsformen vorgeben, dass die folgende Spezifikation(en) erfüllt sein muss/müssen:
Beschichtungsauflage der Schicht 10 je Bandseitesoll im Bereich 20 bis 200 g/m2,vorzugsweise Bereich 30 bis 100 g/m2, liegen, und/oder- Solldicke der Schicht (10) je Bandseite, die im Bereich 3
bis 30 µm,vorzugsweise Bereich 4,5bis 15 µm liegt.
-
Coating layer 10 per band side should be in therange 20 to 200 g/m 2 , preferably in therange 30 to 100 g/m 2 , and/or - Target thickness of the layer (10) per strip side, which is in the range 3 to 30 µm, preferably in the range 4.5 to 15 µm.
Die Badtemperatur TB des Legierungsschmelzbades 11 hat einen Einfluss auf die Viskosität der Schmelze beim Abstreifprozess. Eine erhöhte Badtemperatur TB führt zu einer reduzierten Viskosität der Schmelze. Bei gleichbleibenden anpassbaren Parametern (Verfahrens- und Anlagenparameter) würde somit mehr Material abgestreift als gewünscht. Daher werden beim Erhöhen der Badtemperatur TB die anderen anpassbaren Parameter (Verfahrens- und Anlagenparameter) so geändert, dass die Schicht 10 weiterhin die Solldicke aufweist. Beim Erhöhen der Badtemperatur TB wird zum Beispiel die Durchflussmenge D des Gases G reduziert, um die Abstreifwirkung zu reduzieren, um weiterhin dieselbe Solldicke zu erzielen.The bath temperature TB of the
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. Innerhalb dieser Bereichsgrenzen kann die Badtemperatur TB angepasst werden, um die Viskosität zu ändern.In all embodiments, the bath temperature TB of the
Für das Betreiben des Legierungsschmelzbades 11 wird bei allen Ausführungsformen eine Badtemperatur TB in 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.For operating the
Die Badtemperatur TB kann bei allen Ausführungsformen beispielsweise mittels einer Induktivheizvorrichtung 30 (siehe
Zum Vermeiden der Schlackebildung wird die Badtemperatur TB vorzugsweise bei allen Ausführungsformen reduziert. Die reduzierte Badtemperatur TBred liegt vorzugsweise in dem bereits erwähnten Bereich 420 < TBred < 460 Grad Celsius.To avoid slag formation, the bath temperature TB is preferably reduced in all embodiments. The reduced bath temperature TB red is preferably in the already mentioned
Beim Durchführen des Verfahrens 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 1,5 mm, und/oderund - die Durchflussmenge D
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.
- the thickness d of the
nozzle lip gap 17 in a range between 0.5 and 5 mm, preferably between 0.6 and 2 mm, particularly preferably between 0.8 and 1.5 mm, and / or - the flow rate D is in the range from 200 to 8000 Nm 3 per hour, and/or
- the distance Z is in a range between 2 and 15 mm, preferably between 3 and 12 mm, and / or
- the belt speed (v) is in a range between 50 and 200 m/min, preferably between 70 and 150 m/min.
Innerhalb dieser Bereiche funktioniert das Verfahren besonders zuverlässig.The process works particularly reliably within these areas.
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, die der Bandbreite w des bandförmigen Stahlflachproduktes 100 entspricht (siehe auch
Die Bandbreite w des bandförmigen Stahlflachproduktes 100 liegt vorzugsweise bei allen Ausführungsformen im Bereich von 500 mm bis 2500 mm. Besonders vorzugsweise liegt die Bandbreite w des bandförmigen Stahlflachproduktes bei allen Ausführungsformen im Bereich von 800 mm bis 1800 mm.The bandwidth w of the strip-shaped
Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen wird die absolute lokale Luftfeuchtigkeit f permanent oder von Zeit zu Zeit gemessen und bei zu niedriger absoluter lokaler Feuchtigkeit f wird das Auftragen der Schicht 10 unterbrochen, um z.B. Anpassungen der anpassbaren Parameter vorzunehmen.In at least some of the embodiments, the absolute local humidity f is measured permanently or from time to time and if the absolute local humidity f is too low, the application of the
Da die Dicke d des Düsenlippenspalts 17 bei einem Teil der Vorrichtungen 150 nur manuell verstellbar ist, wird bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen das Verfahren angehalten, bevor der Düsenlippenspalt 17 manuell verstellt wird.Since the thickness d of the
Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen wird die Messung absolute lokale Luftfeuchtigkeit f direkt oder indirekt vorgenommen.In at least some of the embodiments, the absolute local air humidity f is measured directly or indirectly.
Die Messung der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit f wird nicht direkt an der Auftrefflinie vorgenommen, an welcher das Gas G auf die abzustreifende Schicht 10 auftritt, da dort das Gasgemisch relativ «trocken» ist (d.h. wenig Luftfeuchtigkeit umfasst). Die Messung der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit f wird vorzugsweise bei allen Ausführungsformen direkt oder indirekt in einem Bereich vorgenommen, der mindestens einen normalen (im rechten Winkel) Abstand von 20 cm von der Auftrefflinie respektive von Stahlflachprodukt 100 aufweist.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
In
Als Feuchtesensoren 51 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 Thermometern 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.
- mechanically operating measuring sensors that are based on the moisture-related expansion or contraction of (mostly organic) measuring elements;
- psychrometric measuring sensors, whereby two identical, very precise thermometers are used, along which the gas flow to be measured is guided at a defined speed;
- capacitive measurement sensors, which include, for example, a moisture-sensitive capacitor with two flat electrodes;
- Dew mirror hygrometer, which determines the air humidity using dew point mirrors, in which the condensation of water vapor is evaluated when the dew point falls below;
- Resistive measuring method in which, for example, the impedance of the alternating current resistance of a hygroscopic element is determined;
- Spectrometric measurement methods that, for example, measure the gaseous water content without contact in the near or mid-infrared range (NIR or MIR).
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.All embodiments of the
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.The
Die Anpassung/Verstellung der anpassbaren Parameter (Anlagen- oder Verfahrensparameter), respektive der Abstreifwirkzahl AWZ, kann dann bei diesen Ausführungsformen von der Gesamtanlagensteuerung und/oder von der Steuerung 250 vorgenommen werden.The adjustment/adjustment of the adjustable parameters (system or process parameters), or the stripping effectiveness AWZ, can then be carried out in these embodiments by the overall system control and/or by the
Beim indirekten Messen der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit wird nicht die Luftfeuchtigkeit an oder im Umgebungsbereich der Vorrichtung 150 gemessen (z.B. innerhalb eines virtuellen Zylinderkörpers vZK), sondern es wird die momentane Luftfeuchtigkeit indirekt ermittelt.When indirectly measuring the absolute local air humidity, the air humidity is not measured at or in the surrounding area of the device 150 (e.g. within a virtual cylinder body vZK), but rather the current air humidity is determined indirectly.
Die momentane Luftfeuchtigkeit kann bei allen Ausführungsformen z.B. indirekt gemessen werden, indem mit einer Art Lichtschranke die Transmissionsrate einer optischen Wegstrecke ermittelt wird. Bei sehr trockener Luft ist die Transmissionrate hoch. Das Vorhandensein von gasförmigem Wasser hingegen behindert die Übertragung von Licht durch die optische Wegstrecke und die Transmissionrate ist niedriger.In all embodiments, the current humidity can be measured indirectly, for example, by using a type of light barrier to determine the transmission rate of an optical path. When the air is very dry, the transmission rate is high. The presence of gaseous water, on the other hand, hinders the transmission of light through the optical path and the transmission rate is lower.
Das indirekte Ermitteln 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
Vorzugsweise kommt bei allen Ausführungsformen ein Inertgas als Gas G zum Einsatz. Bewährt hat sich vor allem Stickstoff oder ein stickstoffhaltiges Gasgemisch.An inert gas is preferably used as gas G in all embodiments. Nitrogen or a gas mixture containing nitrogen has proven particularly useful.
- die Dicke
d des Düsenlippenspalt 17, - die Durchflussmenge D des Gases G,
- der Abstand Z
zwischen dem Düsenlippenspalt 17 und der (Band-)Seite desStahlflachprodukt 100, - die Bandgeschwindigkeit v (parallel zur x-Achse verlaufend) mit
der das Stahlflachprodukt 100 aus dem Zink-Legierungsschmelzbad 11 herausbewegt wird.
- the thickness d of the
nozzle lip gap 17, - the flow rate D of the gas G,
- the distance Z between the
nozzle lip gap 17 and the (strip) side of theflat steel product 100, - the belt speed v (running parallel to the x-axis) with which the
flat steel product 100 is moved out of the zincalloy melt pool 11.
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
Versuche haben gezeigt, dass die anpassbaren Anlagen- und/oder Verfahrensparameter, respektive die Abtreifwirkzahl AWZ, innerhalb bestimmter Grenzen angepasst werden können, ohne die Solldicke und/oder das Flächengewicht (Auflage pro Bandseite) der Schicht 10 deutlich zu ändern.Tests have shown that the adjustable system and/or process parameters, or the stripping effectiveness AWZ, can be adjusted within certain limits without significantly changing the target thickness and/or the basis weight (coverage per strip side) of the
Außerdem hat sich gezeigt, dass (neben der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit f) zwei Größen, die das Scherkraftprofil, das die Abstreifdüse 15 am Band 100 erzeugt, kennzeichnen, für die Ausbildung der Marmorierung maßgeblich sind. Einerseits handelt es sich um die maximale Scherkraft τmax und andererseits um die Zeit t, in der das bandförmige Stahlflachprodukt 100 den Abstand l zwischen den Scherkraftmaxima durchläuft (siehe
Zwischen der Zeit t, der Bandgeschwindigkeit v und der Halbwertsbreite 2b besteht ein direkter Zusammenhang, wie in Gleichung (1) ausgedrückt:
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.In all embodiments, 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.
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.The equations that describe the dynamic flow behavior of the gas G on the
Aufwendige Versuche und statistische Auswertungen der gemessenen Ergebnisse haben aufgrund der komplexen Zusammenhänge keine unmittelbar verwertbaren Ergebnisse in Bezug auf einen Zusammenhang der Abstreifdüsenparameter und der Marmorierung geliefert. Erst nachdem zusätzlich systematisch verschiedene interne und externe Einflussgrößen untersucht wurden, zeigte sich ein Zusammenhang zwischen dem Grad der Marmorierung an der Schicht 10, den Abstreifdüsenparametern und den Umgebungsbedingungen des Versuchsaufbaus. Insbesondere die Luftfeuchtigkeit zeigt einen Einfluss auf die Marmorierung an der Schicht 10.Due to the complex relationships, complex tests and statistical evaluations of the measured results have not provided any immediately usable results with regard to a connection between the wiper nozzle parameters and the marbling. Only after various internal and external influencing variables were additionally systematically examined did a connection become apparent between the degree of marbling on
Weitere gezielte Untersuchungen und die grafische Aufarbeitung der Ergebnisse dieser Versuche zeigten erstmals eine Korrelation zwischen der Luftfeuchtigkeit, den Abstreifdüsenparametern und der Neigung zur Marmorierung.
Durch eine Gewichtung und Addition der beiden Größen τmax und t kann eine sogenannte Abstreifwirkzahl AWZ bestimmt werden, die direkt mit der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit f verglichen werden kann, wie folgt (Ungleichung (2.1)):
Die rechte Seite der Ungleichung (2.1) entspricht der Abstreifwirkzahl AWZ, d.h., es gilt der folgende Zusammenhang (2.2):
Abstreifwirkzahl AWZ fasst die folgenden Verfahrens- und Vorrichtungsparameter zusammen:
- die über die Bandbreite w wirksame Durchfluss(menge) D des Gases G pro Bandseite,
- den Proportionalitätsfaktor k,
- die Bandbreite w des
Stahlflachproduktes 100, - die Dicke d des Düsenlippenspalts 17,
- die
Halbwertsbreite 2b, - die Geschwindigkeit v (Bandgeschwindigkeit) des
Stahlflachproduktes 100, respektive die Zeit t, die mit der Geschwindigkeit v korreliert ist.
- the flow rate (quantity) D of the gas G effective over the band width w per band side,
- the proportionality factor k,
- the bandwidth w of the
flat steel product 100, - the thickness d of the
nozzle lip gap 17, - the half-
width 2b, - the speed v (belt speed) of the
flat steel product 100, or the time t, which is correlated with the speed v.
Weitere Details zur Abstreifwirkzahl AWZ sind auch der Ungleichung (3) zu entnehmen, die noch besprochen wird. Der gesamte Term auf der rechten Seite dieser Ungleichung (3) kann auch als Definition der Abstreifwirkzahl AWZ verwendet werden. Bevor die Ungleichung (3) beschrieben wird, beziehen wir uns weiter auf die
Die grau oder schwarz gefüllten Symbole (Quadrate, Rauten, Dreiecke oder Kreise) der
Es wurde in die Grafik der
Eine detaillierte Auswertung der Versuchsergebnisse lässt darauf schließen, dass die oben genannte Abstreifwirkzahl AWZ in Abhängigkeit von der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit f angepasst werden kann, um ein Auftreten der unerwünschten Marmorierung zu vermeiden. Diese Anpassung der Abstreifwirkzahl AWZ wird vorzugsweise bei allen Ausführungsformen so vorgenommen, dass sich die Solldicke der Schicht 10, respektive die Flächenauflage(masse) dieser Schicht 10, nicht oder kaum ändern. Das heißt, es wird beim Ändern der Abstreifwirkzahl AWZ stets darauf geachtet, dass die aufzubringende Schicht 10 im Wesentlich die Solldicke aufweist.A detailed evaluation of the test results suggests that the above-mentioned stripping effectiveness AWZ can be adjusted depending on the absolute local air humidity f in order to avoid the occurrence of undesirable marbling. This adjustment of the stripping effectiveness AWZ is preferably carried out in all embodiments in such a way that the target thickness of the
Wichtig ist jedoch, dass beim Anpassen der Abstreifwirkzahl AWZ darauf geachtet wird, dass neben dem Vermeiden der Marmorierung auch andere Fehler, wie Zahnstocher-Fehler (Toothpick), Strandmuster-Fehler (Beach Pattern) und so weiter vermieden oder die Bildung von Schlacke reduziert werden. Daher werden hier Parameterbereiche vorgegeben, die sich besonders bewährt haben.However, it is important that when adjusting the wiping effectiveness AWZ, care is taken to ensure that, in addition to avoiding marbling, other errors such as toothpick errors, beach pattern errors and so on are avoided or the formation of slag is reduced . Therefore, parameter ranges that have proven particularly effective are specified here.
Die in
Im Folgenden werden zwei beispielhafte Ansätze beschrieben, die dazu dienen, die Ungleichung (3) zu vereinfachen:
- 1. Ansatz: Es wird gemäß einem 1. Ansatz eine Unterteilung in drei verschiedene Kurvenbereiche vorgenommen (hier als Fälle 1.1 bis 1.3 bezeichnet). Mit einer solchen Unterteilung kann die rechte Seite der Ungleichung (3) vereinfacht berechnet werden.
- 1st approach: According to a 1st approach, a division into three different curve areas is made (referred to here as cases 1.1 to 1.3). With such a division, the right-hand side of inequality (3) can be calculated in a simplified manner.
(Fall 1.1). In einem linearen Bereich gilt die Annahme: 2b/d=1,9 bzw. b = 1,9d/2. Diese Vereinfachung gilt für das folgende Verhältnis zwischen dem Düsenabstand Z und der Breite d des Düsenlippenspalts 17: Z/d<5,2.
(Fall 1.2) In einem weiteren Bereich, der bei ca. Z/d=5,2 beginnt und vor Z/d=10 endet, gelten die folgenden Zusammenhänge:
(Fall 1.3) In einem weiteren Bereich, der bei ca. Z/d=10 beginnt, gelten die folgenden Zusammenhänge:
Um die komplizierte Ungleichung (3) für die Praxis handhabbar zu machen, bietet sich eine Fallunterscheidung mit den genannten drei Fällen 1.1 bis 1.3 an, wobei das Verhältnis Z/d zur Fallunterscheidung verwendet wird.In order to make the complicated inequality (3) manageable in practice, a case distinction with the three cases 1.1 to 1.3 is recommended, whereby the ratio Z/d is used to differentiate the cases.
Die Unterscheidung in die genannten drei Bereiche oder Fälle führt vor allem im 2. Bereich (Fall 1.2) immer noch zu komplizierten mathematischen Formeln.The distinction between the three areas or cases mentioned still leads to complicated mathematical formulas, especially in the second area (case 1.2).
2. Ansatz: Daher wird hier nun ein 2. Ansatz beschrieben, der dazu dient, die komplizierte Ungleichung (3) für die Praxis einfacher handhabbar zu machen. Bei diesem 2. Ansatz wird eine Fallunterscheidung mit nur zwei Fällen (Fälle 2.1 und 2.2) vorgenommen, wobei auch hier das Verhältnis Z/d zur Fallunterscheidung verwendet wird.
Der 2. Ansatz hat den Nachteil, dass im Grenzbereich die Trennung zwischen Stahlflachprodukten 100 ohne Marmorierung und Stahlflachprodukten 100 mit Marmorierung nicht ganz deutlich bzw. eindeutig ist. Die besten Ergebnisse können erzielt werden, wenn eine Fallunterscheidung nach dem 1. Ansatz unter Anwendung der Ungleichung (3) und/oder die Ungleichung (2.1) ausgewertet (z.B. nummerisch durch die Steuerung 250 verarbeitet) werden/wird.The second approach has the disadvantage that in the border area the separation between
Die Anpassung/Verstellung der anpassbaren Parameter (Anlagen- und/oder Verfahrensparameter), respektive der Abstreifwirkzahl AWZ, kann nun bei allen Ausführungsformen oder bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen entweder anhand der Ungleichung(en) (2.1) und/oder (3) anhand des 1. oder 2. Ansatzes vorgenommen werden. Oder, wie bereits erwähnt, kann auch eine nummerische Darstellung der Ungleichung(en) (2.1) und/oder (3) in der Steuerung 250 zur Anwendung gelangen.The adjustment/adjustment of the adjustable parameters (system and/or process parameters), or the stripping effectiveness AWZ, can now be done in all embodiments or in at least some of the embodiments either using the inequality(s) (2.1) and/or (3). be made using the 1st or 2nd approach. Or, as already mentioned, a numerical representation of the inequality(s) (2.1) and/or (3) can also be used in the
Die Anpassung/Verstellung der anpassbaren Parameter (Anlagen-und/oder Verfahrensparameter), respektive der Abstreifwirkzahl AWZ, kann nun bei allen Ausführungsformen oder bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen so vorgenommen werden, dass die Flächenauflage der Schicht 10 und/oder die (Auflagen-)Masse der Schicht 10, und/oder die Solldicke der Schicht 10 konstant oder innerhalb von eng vorgegebenen Toleranzgrenzen bleibt, wie z.B. durch eine Soll-Spezifikation definiert.The adaptation/adjustment of the adjustable parameters (system and/or process parameters), or the stripping effectiveness AWZ, can now be carried out in all embodiments or in at least some of the embodiments in such a way that the surface support of the
Die Soll-Spezifikation kann bei allen Ausführungsformen vom Hersteller und/oder vom Abnehmer bzw. Auftraggeber vorgegeben werden.For all embodiments, the target specification can be specified by the manufacturer and/or the customer or client.
Vorzugsweise ist/sind entweder Ungleichung(en) (2.1) und/oder (3) oder es sind die Formeln des 1. Ansatzes oder die Formeln des 2. Ansatzes in der Steuerung 250 durch Software implementiert, oder es sind in einer oder mehreren Tabellen Zahlenwerte für die absolute lokale Feuchtigkeit f und entsprechend geeignete anpassbare Parameter (Anlagen- und/oder Verfahrensparameter), respektive der Abstreifwirkzahlen AWZ hinterlegt. Durch einen «lookup»-Tabelle kann die Steuerung 250 dann zu einem momentan gültigen absoluten lokalen Feuchtigkeitswert f die entsprechend geeigneten anpassbaren Parameter (Anlagen- und/oder Verfahrensparameter), respektive Abstreifwirkzahlen AWZ abrufen und die Vorrichtung 150 verstellen, oder dem Maschinenführer z.B. einen Zahlenwert für das Anpassen der Dicke d des Düsenlippenspalts vorgeben (z.B. auf einem Display anzeigen).Preferably, either inequality(s) (2.1) and/or (3) or the formulas of the 1st approach or the formulas of the 2nd approach are implemented in the
Bei allen Ausführungsformen kommen vorzugsweise anpassbare Parameter (Anlagen- und/oder Verfahrensparameter), respektive Abstreifwirkzahlen AWZ in den folgenden Zahlen- oder Wertebereichen zum Einsatz. Die einzelnen Zahlen- oder Wertebereiche der Tabelle 1 sind nicht oder nur in Teilbereichen miteinander korreliert, da die jeweiligen Maximal- und Minimalwerte aus verschiedenen Versuchen stammen. Es wurden lediglich die jeweiligen Maximal- und Minimalwerte aus der Tabelle 2 (
Die Tabelle 2 (
Der(Die) Durchfluss(menge) D des Gases G pro Bandseite liegt bei allen Ausführungsformen typischerweise im Bereich zwischen 200 bis 8000 Nm3 pro Stunde.
Aus der Tabelle 2, die in zwei Teile unterteilt ist (siehe
Die Tabelle 2 der
Aus der Tabelle 2 der
Aus der Tabelle 2 der
Treten unter einer gegebenen absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit f und unter gegebenen Prozessbedingungen Marmorierungsfehler auf, dann wird bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen zum Beseitigen der Marmorierung die Abstreifwirkzahl AWZ (entspricht der rechten Seite der Ungleichung (2.1) und (3)) soweit vermindert, bis diese Ungleichung wieder erfüllt wird.If marbling errors occur under a given absolute local humidity f and under given process conditions, then in at least some of the embodiments to eliminate the marbling, the stripping effectiveness AWZ (corresponds to the right-hand side of inequality (2.1) and (3)) is reduced until this Inequality is fulfilled again.
In der Regel ist es dabei nicht zulässig, die Beschichtungsauflage des erzeugten Stahlflachproduktes 100 zu verändern, da diese in der Produktspezifikation festgeschrieben ist. Unter der Bedingung, die Dicke der Schichtauflage konstant zu halten, kann die Verminderung der Abstreifwirkzahl AWZ auf unterschiedlichen Wegen herbeigeführt werden.As a rule, it is not permitted to change the coating layer of the
Anhand von drei konkreten Beispielen werden in der Folge Möglichkeiten zur Veränderung der Abstreifkennzahl AWZ beispielhaft dargestellt.Using three concrete examples, options for changing the AWZ stripping index are presented as examples.
Beispiel 1: Verminderung der Abstreifwirkzahl AWZ durch Verringerung des Düsenabstandes Z (siehe Tabelle 3).Example 1: Reduction of the stripping effectiveness AWZ by reducing the nozzle distance Z (see Table 3).
In der folgenden Tabelle 3 sind zwei Versuchsbeispiele 1.1 und 1.2 dargestellt, die durch das Reduzieren des Düsenabstandes Z von 10 mm auf 8 mm eine Verminderung der Abstreifwirkzahl AWZ belegen.
Für den Ausgangszustand (Tabelle 3 - Beispiel 1.1) mit einem Gasdurchfluss D von 1691 Nm3/h, der Bandbreite w von 1315 mm, einem Düsenlippenspalt d von 1,0 mm, dem Düsenabstand Z mit 10 mm und der Bandgeschwindigkeit v von 100 m/min errechnet sich die AWZ laut Ungleichung (3) zu einem Wert von 21,3.For the initial state (Table 3 - Example 1.1) with a gas flow D of 1691 Nm 3 /h, the belt width w of 1315 mm, a nozzle lip gap d of 1.0 mm, the nozzle distance Z of 10 mm and the belt speed v of 100 m /min, the EEZ is calculated according to inequality (3) to a value of 21.3.
Ausgehend vom Beispiel 1.1 wurde zur Verringerung der Abstreifwirkzahl AWZ der Düsenabstand Z von 10 mm auf 8 mm verringert, wobei die Bandbreite w, der Düsenlippenspalt d, die Bandgeschwindigkeit v die Badtemperatur TB und die Schichtauflage pro Seite konstant belassen wurden. Durch den veränderten Düsenabstand Z wird das Verhältnis Z/d verschoben, wodurch sich auch die damit ermittelten Werte für b und k ändern. Aus Tabelle 3 ist ersichtlich, dass hier als Folge der Veränderung des Düsenabstandes Z der Düsendruck und damit der Gasdurchfluss pro Seite D durch eine automatische Auflagenregelung des Abstreifdüsensystems von 1691 auf 1386 Nm3/h reduziert werden musste, um die Dicke der Schicht 10 im Wesentlichen konstant zu halten.Based on example 1.1, in order to reduce the stripping effectiveness AWZ, the nozzle distance Z was reduced from 10 mm to 8 mm, whereby the bandwidth w, the nozzle lip gap d, the belt speed v, the bath temperature TB and the layer coverage per side were left constant. Due to the changed nozzle distance Z, the ratio Z/d is shifted, which also changes the values determined for b and k. From Table 3 it can be seen that here as As a result of the change in the nozzle distance Z, the nozzle pressure and thus the gas flow per side D had to be reduced from 1691 to 1386 Nm 3 /h by an automatic control of the stripping nozzle system in order to keep the thickness of the
Berechnet man nun mit diesen neuen Prozessparametern (Tabelle 3, Beispiel 1.2) die Abstreifwirkzahl AWZ, ergibt sich ein Wert von 13,5. Durch die Verringerung des Düsenabstandes von 10 mm auf 8 mm konnte somit die Abstreifwirkzahl AWZ bei unveränderter Schichtauflage von 21,3 auf 13,5 reduziert werden.If you now calculate the stripping effectiveness AWZ using these new process parameters (Table 3, Example 1.2), the result is a value of 13.5. By reducing the nozzle spacing from 10 mm to 8 mm, the stripping effectiveness AWZ could be reduced from 21.3 to 13.5 with an unchanged layer thickness.
Beispiel 2: Verminderung der Abstreifwirkzahl AWZ durch Verringerung des Düsenlippenspaltes d.Example 2: Reduction of the stripping effectiveness AWZ by reducing the nozzle lip gap d.
In der folgenden Tabelle 4 sind zwei Versuchsbeispiele 2.1 und 2.2 dargestellt, die durch das Reduzieren der Dicke d von 1,2 mm auf 1 mm eine Verminderung der Abstreifwirkzahl AWZ belegen.
Für den Ausgangszustand (Tabelle 4, Beispiel 2.1) mit einem Durchfluss D = 1373 Nm3/h, der Bandbreite w = 1455 mm, einem Düsenlippenspalt d = 1,2 mm, dem Düsenabstand Z = 7 mm und der Bandgeschwindigkeit v = 100 m/min errechnet sich die AWZ laut Ungleichung (3) zu einem Wert von 9,4.For the initial state (Table 4, Example 2.1) with a flow D = 1373 Nm 3 /h, the bandwidth w = 1455 mm, a nozzle lip gap d = 1.2 mm, the nozzle distance Z = 7 mm and the belt speed v = 100 m/min, the AWZ is calculated according to inequality (3) to a value of 9.4.
Ausgehend davon wurde zur Verringerung der Abstreifwirkzahl AWZ der Düsenlippenspalt d von 1,2 mm auf 1,0 mm verringert, wobei die anderen Parameter im Wesentlichen konstant belassen wurden.Based on this, in order to reduce the stripping effectiveness AWZ, the nozzle lip gap d was reduced from 1.2 mm to 1.0 mm, with the other parameters remaining essentially constant.
Aus Tabelle 4 ist ersichtlich, dass als Folge der Veränderung des Düsenlippenspaltes d der Düsendruck und damit der Gasdurchfluss pro Seite D von der automatischen Auflagenregelung von 1373 auf 1166 Nm3/h reduziert werden mussten, um die Dicke der Schicht 10 konstant zu halten.From Table 4 it can be seen that as a result of the change in the nozzle lip gap d, the nozzle pressure and thus the gas flow per side D had to be reduced by the automatic circulation control from 1373 to 1166 Nm 3 /h in order to keep the thickness of the
Durch den veränderten Düsenlippenspalt d wird das Verhältnis Z/d verschoben, wodurch sich auch die damit ermittelten Werte für b und k ändern. Berechnet man nun mit diesen neuen Prozessparametern (Tabelle 4, Beispiel 2.2) die Abstreifwirkzahl AWZ, so ergibt sich ein Wert von 4,9. Durch die Verringerung des Düsenlippenspaltes von 1,2 mm auf 1,0 mm konnte somit die Abstreifwirkzahl AWZ bei unveränderter Schichtauflage von 9,4 auf 4,9 reduziert werden.Due to the changed nozzle lip gap d, the ratio Z/d is shifted, which also changes the values determined for b and k. If you now calculate the stripping effectiveness AWZ using these new process parameters (Table 4, Example 2.2), the result is a value of 4.9. By reducing the nozzle lip gap from 1.2 mm to 1.0 mm, the stripping effectiveness AWZ could be reduced from 9.4 to 4.9 with an unchanged layer layer.
Beispiel 3: Verminderung der Abstreifwirkzahl AWZ durch die Erhöhung der Badtemperatur TB.Example 3: Reduction of the stripping effectiveness AWZ by increasing the bath temperature TB.
In der folgenden Tabelle 5 sind zwei Versuchsbeispiele 3.1 und 3.2 dargestellt, die durch das Erhöhen der Badtemperatur TB von 439°C auf 455°C eine Verminderung der Abstreifwirkzahl AWZ belegen.
Für den Ausgangszustand (Tabelle 5, Beispiel 3.1) mit einem Durchfluss D = 1607 Nm3/h, der Bandbreite w = 1615 mm, einem Düsenlippenspalt d = 1,0 mm, dem Düsenabstand Z = 7 mm und der Bandgeschwindigkeit v = 100 m/min, errechnet sich die AWZ laut Ungleichung (3) zu einem Wert von 12,4.For the initial state (Table 5, Example 3.1) with a flow rate D = 1607 Nm 3 /h, the bandwidth w = 1615 mm, a nozzle lip gap d = 1.0 mm, the nozzle distance Z = 7 mm and the belt speed v = 100 m /min, the EEZ is calculated according to inequality (3) to a value of 12.4.
Ausgehend davon wurde zur Verringerung der Abstreifwirkzahl AWZ die Badtemperatur TB von 439°C auf 455°C mm erhöht, wobei die anderen Parameter im Wesentlichen konstant belassen wurden. In diesem Beispiel bleibt das Verhältnis Z/d unverändert, die damit ermittelten Werte für b und k bleiben bei einer Erhöhung der Badtemperatur TB also auch konstant.Based on this, in order to reduce the stripping effectiveness AWZ, the bath temperature TB was increased from 439 ° C to 455 ° C mm, with the other parameters remaining essentially constant. In this example, the ratio Z/d remains unchanged, so the values determined for b and k remain constant when the bath temperature TB increases.
Aus Tabelle 5 ist ersichtlich, dass als Folge der Veränderung der Badtemperatur TB der Düsendruck und damit der Gasdurchfluss D pro Bandseite von der automatischen Auflagenregelung von 1607 auf 1339 Nm3/h reduziert werden mussten, um die Dicke konstant zu halten. Grund dafür ist, dass mit steigender Badtemperatur TB die Viskosität der Zinkschmelze sinkt, wodurch zum Abstreifen der gleiche Menge Schmelze geringere Abstreifkräfte nötig sind.From Table 5 it can be seen that as a result of the change in the bath temperature TB, the nozzle pressure and thus the gas flow D per strip side had to be reduced by the automatic circulation control from 1607 to 1339 Nm 3 /h in order to keep the thickness constant. The reason for this is that as the bath temperature TB increases, the viscosity of the zinc melt decreases, meaning that lower stripping forces are required to strip off the same amount of melt.
Berechnet man nun mit diesen neuen Prozessparametern (Tabelle 5, Beispiel 3.2) die Abstreifwirkzahl AWZ, so ergibt sich ein Wert von 5,8. D.h., durch die Erhöhung der Badtemperatur TB konnte somit die Abstreifwirkzahl AWZ reduziert werden.If you now calculate the stripping effectiveness AWZ using these new process parameters (Table 5, Example 3.2), the result is a value of 5.8. Ie, by increasing the bath temperature TB, the stripping effectiveness AWZ could be reduced.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die absolute lokale Luftfeuchtigkeit f vorzugsweise als absolute Luftfeuchtigkeit innerhalb eines virtuellen Zylinderkörpers vZK definiert, wie in
Der virtuelle Zylinderkörper vZK setzt sich aus zwei virtuellen Zylindervolumensegmenten zusammen, die einerseits durch eine virtuelle Zylinderoberfläche begrenzt werden, die die Gasdüsen 15 konzentrisch oder nahezu konzentrisch umschließt. Andererseits werden die Zylindervolumensegmente durch zwei auf beiden Seiten des Stahlflachprodukts 100 parallel zum Stahlflachprodukt 100 verlaufenden Ebenen mit einem Abstand von jeweils beispielsweise s=20 cm zum Stahlflachprodukt 100 begrenzt werden. Die beiden Zylindervolumensegmente haben zusammen ein Volumen in einem Bereich von 1m3 bis 10m3 und vorzugsweise ein Volumen von weniger als 2 m3. Die Messung der absoluten lokalen Feuchtigkeit f wird vorzugsweise bei allen Ausführungsformen direkt oder indirekt innerhalb der Zylindervolumensegmente vorgenommen.The virtual cylinder body vZK is composed of two virtual cylinder volume segments, which are delimited on the one hand by a virtual cylinder surface which encloses the
In
Um die Mittellinie ML herum ergibt sich der virtuelle zylinderförmige Körper vZK im 3-dimensionalen Raum. Die «äußere Hülle» des virtuellen Zylinderkörpers vZK verläuft konzentrisch zur Mittellinie ML. Alle Punkte der «äußeren Hülle» haben einen äquidistanten Abstand ra zur Mittellinie ML (ra ist der Radius des virtuellen Zylinderkörpers vZK).The virtual cylindrical body vZK results in 3-dimensional space around the center line ML. The “outer shell” of the virtual Cylinder body vZK runs concentric to the center line ML. All points of the “outer shell” have an equidistant distance ra from the center line ML (ra is the radius of the virtual cylinder body vZK).
Der virtuelle Zylinderkörper vZK schließt mindestens die Düsen 15 der Abstreifdüsenvorrichtung 14 ein und hat eine virtuelle Zylinderhöhe vZH, die parallel zur y-Achse definiert ist. Vorzugsweise entspricht die virtuelle Zylinderhöhe vZH bei allen Ausführungsformen der Bandbreite w des Stahlflachprodukts 100 und/oder der Länge des Düsen 15 (parallel zur y-Achse definiert).The virtual cylinder body vZK includes at least the
Die angegebenen Wertebereiche für die absolute lokale Luftfeuchtigkeit f können für alle Ausführungsformen innerhalb dieses virtuellen Zylinderkörpers vZK definiert sein.The specified value ranges for the absolute local air humidity f can be defined for all embodiments within this virtual cylinder body vZK.
Bei allen oder bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen wird die absolute lokale Luftfeuchtigkeit f entlang einer y-Linie gemessen, die parallel zum Stahlflachprodukt 100 verläuft und die im Inneren des virtuellen Zylinderkörpers vZK liegt. Diese y-Linie verläuft parallel zur y-Achse. Die sogenannte Düsenebene (auch Abstreifebene genannt) liegt parallel zur y-z-Ebene und die Mittellinie ML liegt innerhalb der Düsenebene.In all or at least some of the embodiments, the absolute local air humidity f is measured along a y-line that runs parallel to the
Vorzugsweise wird die absolute lokale Luftfeuchtigkeit f bei allen oder bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen an mehreren Punkten dieser y-Linie ermittelt bzw. gemessen und es wird ein Mittelwert der ermittelten oder gemessenen Werte mit dem für die absolute lokale Luftfeuchtigkeit f angegebenen Zahlenbereich verglichen.Preferably, the absolute local humidity f is determined or measured in all or at least some of the embodiments at several points on this y-line and an average of the determined or measured values is compared with the numerical range specified for the absolute local humidity f .
Vorzugsweise liegt die absolute lokale Luftfeuchtigkeit f bei allen oder bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen im Inneren eines virtuellen Zylinderkörpers vZK im Bereich von 1 g/m3 bis 300 g/m3, vorzugsweise im Bereich von 1,08 g/m3 bis 51 g/m3, wobei dieser virtuelle Zylinderkörper vZK ein Volumen von 2 m3 aufweist.Preferably, the absolute local air humidity f is in the range from 1 g/m 3 to 300 g/m 3 , preferably in the range from 1.08 g/m 3 to 51, in all or at least some of the embodiments inside a virtual cylinder body vZK g/m 3 , whereby this virtual cylinder body vZK has a volume of 2 m 3 .
Die absolute lokale Luftfeuchtigkeit f kann aber bei allen Ausführungsformen auch in einem Volumenbereich von 1m3 bis 10m3 definiert sein und dort direkt oder indirekt gemessen werden, wobei die Messung vorzugsweise nicht direkt an der Auftrefflinie des Gases G sondern an einer y-Linie vorgenommen wird, die oberhalb der Auftrefflinie parallel zur y-Achse verläuft.However, in all embodiments, the absolute local air humidity f can also be defined in a volume range of 1m 3 to 10m 3 and can be measured there directly or indirectly, the measurement preferably not being carried out directly on the impingement line of the gas G but on a y-line , which runs parallel to the y-axis above the impact line.
Die beschriebene y-Linie liegt bei der Ausführungsform der
In
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 anpassbaren Parameter 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 Ist-Dicke der Schicht 10 nach dem Abblasen misst. Sollte die Ist-Dicke kleiner sein als die Soll-Dicke, so reduziert die Regelung die Durchflussmenge D und umgekehrt.Preferably, all embodiments of the
Jede der Düsen 15 kann von einem Motor oder Aktuator M parallel zur z-Achse bewegt werden. Die Motoren oder Aktuatoren M sind, wie gezeigt, mit der Steuerung 250 verbunden. Die entsprechenden Verbindungslinien oder -leitungen sind in
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
Es ist auch in
Es kommen auch hier beispielsweise zwei Feuchtesensoren 51 (je mindestens einer pro Bandseite) zum Einsatz, um die absolute lokale Luftfeuchtigkeit ermitteln zu können. Die Feuchtesensoren 51 sind mit der Steuerung 250 verbunden. Die entsprechenden Verbindungslinien oder -leitungen sind in
In einer solchen Vorrichtung 150, wie sie in
Vor, während oder nach dem Einrichten S1 wird die momentane absolute lokale Luftfeuchtigkeit f (direkt oder indirekt) gemessen (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 zurück zum Schritt S1. Nach dem Rückverzweigen können Anpassungen an der Einrichtung der Komponenten und Elemente der Vorrichtung 150 vorgenommen werden, wobei darauf abgezielt wird, dass AWZ reduziert wird, damit die Bedingung f > AWZ erfüllt ist. Beim Anpassen wird darauf geachtet, dass die Soll-Spezifikation der aufzutragenden Schicht 10 weiterhin erfüllt bleibt.Before, during or after setting up S1, the current absolute local humidity f is measured (directly or indirectly) (step S2). Then, using one of the inequalities or using a “lookup” table, it is determined 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
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 absolute lokale Luftfeuchtigkeit f reagieren zu können. Falls sich f reduziert haben sollte, wird erneut (wie im Schritt S3) geprüft, ob die Bedingung f > AWZ weiterhin erfüllt ist. Falls ja, dann wird das Aufbringen der Schicht 10 fortgesetzt. Falls nein, dann können (analog zum Schritt S1) Anpassungen an der Einrichtung der Komponenten und Elemente der Vorrichtung 150 vorgenommen werden, wobei darauf abgezielt wird, dass der Zustand f > AWZ erfüllt wird oder bleibt.In a similar manner, checking the condition f > AWZ can be repeated from time to time during the application of the
Eine entsprechende Steuerung 250 kann bei allen Ausführungsformen so ausgelegt oder programmiert sein, dass
- durch ein Erhöhen der Badtemperatur TB ein deutliches Verkleinern der Abstreifwirkzahl AWZ erzielt wird, und/oder
- durch ein Verkleinern der Dicke d des Düsenlippenspalts 17 die Abstreifwirkzahl AWZ verkleinert werden kann, und/oder
- durch ein Verkleinern des Abstandes Z die Abstreifwirkzahl AWZ verkleinert werden kann.
- By increasing the bath temperature TB, a significant reduction in the stripping effectiveness AWZ is achieved, and / or
- by reducing the thickness d of the
nozzle lip gap 17, the stripping effectiveness AWZ can be reduced, and/or - By reducing the distance Z, the stripping effectiveness AWZ can be reduced.
Eine entsprechende Steuerung 250 kann bei allen Ausführungsformen so ausgelegt oder programmiert sein, dass berücksichtigt wird, dass eine Änderung der Dicke d und/oder des Abstandes Z keinen oder nur einen geringen Einfluss auf die Abstreifwirkzahl AWZ hat, falls das Verhältnis Z/d klein ist.A corresponding
Sollte f deutlich absinken und sollte innerhalb der Soll-Spezifikation keine sinnvolle Anpassung möglich sein, so kann das Verfahren unterbrochen werden. Im Rahmen einer solchen Unterbrechung kann dann z.B. manuell die Breite d des Düsenlippenspalts 17 verstellt werden (was in den meisten Vorrichtungen 150 nicht automatisch möglich ist).
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