WO2006000011A2 - Verfahren zur wärmebehandlung eines metallbandes vor einer metallischen beschichtung - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for heat treatment of a metal strip in front of a metallic coating, wherein the metal strip is annealed in a reducing, hydrogen-containing inert gas atmosphere.
  • the steel strips are annealed in a hydrogen-containing protective gas atmosphere, specifically in annealing furnaces which are heated by means of jet pipes.
  • a hydrogen-containing protective gas atmosphere specifically in annealing furnaces which are heated by means of jet pipes.
  • the invention is therefore based on the object, a method of the type described for heat treatment of a metal strip in front of a Metalli ⁇ 's coating in such a way that especially the wetting ability of the strip surface can be improved as an essential condition for good adhesion of the coating.
  • the invention achieves the stated object in that the metal strip is annealed in a protective gas atmosphere with a volume ratio of hydrogen to water vapor of at least 4000.
  • preheating in an oxidizing atmosphere as a pretreatment is of course also possible, the reduction of the resulting oxide layer being considerably facilitated by the increased reaction effect of the annealing gas in the subsequent bright annealing on account of the volume ratio of hydrogen to water vapor of at least 4,000. ⁇
  • At least one muffle over the other by means of a Band ⁇ lock also be sealed gas-tight to make in the area of this muffle of the other muffles separate treatments of the metal strip can. This can be done by supplying special reaction gases in the context of the reducing protective gas atmosphere, but can also be utilized for oxidizing preheating of the metal strip, namely, when the inlet-side muffle is sealed gastight from the muffles following in the belt passage direction by a belt lock and is subjected to a corresponding oxidizing atmosphere.
  • Another way of ensuring an oxidizing pretreatment of the metal strip within the annealing furnace is to provide the muffle furnace with an inlet-side muffle-free furnace section, in which the oxidizing atmosphere is present, which can also be used for heating the metal strip to the treatment temperature.
  • FIG. 1 shows an annealing furnace according to the invention for heat treatment of a metal strip in front of a metallic coating in a simplified longitudinal section
  • Fig. 2 shows a section of the line II - II of FIG. 1 on a larger scale
  • Fig. 3 is a representation corresponding to FIG. 1 4 shows a further embodiment of an inventive annealing furnace in a longitudinal section
  • FIG. 5 shows the annealing furnace according to FIG. 4 in a section along the line V-V in a larger scale.
  • the annealing furnace according to the embodiment according to FIGS. 1 and 2 has a housing 1 with a plurality of juxtaposed muffles 2, which are flanged gas-tight in the Dekken Scheme to the housing 1 and with their lower Engage ends in oil ring seals 3. These oil ring seals 3 are provided in a base 4, which can preferably be lowered relative to the housing 1, over which the metal strip 5 to be treated, indicated by dot-dash lines, enters the oven through a gas-tight belt lock 6.
  • the metal strip 5 is meandering through the muffles 2 up and down to leave the annealing furnace via a belt lock 6 in the base 4 again and in a conventional belt cooler with to enter a Schutz ⁇ gas atmosphere, which is not shown for reasons of clarity.
  • the muffles 2-from the outside burner 10 are provided, the approximately tangential in the annular combustion chamber between two furnace housing 1 and muffles 2 open as shown in FIG. 2, so that all muffles 2 an intensive flue gas circulation is ensured.
  • the flue gases are withdrawn from the housing 1 via a flue gas outlet 11 and fed to a waste gas arm via a recuperator for preheating the combustion air.
  • the muffles 2 can also be heated in other ways from the outside, for example by means of an electric heater.
  • the metal strip 6 can be heated and treated within the muffles 2 under a reducing protective gas atmosphere in which a volume ratio of hydrogen to water vapor of at least 4000 to 400 000 can be adjusted without difficulty.
  • the inlet side muffle 2 serves to preheat the metal strip 5, while in the following muffles 2, the metal strip 5 is bright annealed under the vorge given treatment temperature.
  • An oven of the basic type according to FIGS. 1 and 2 can also be advantageously used for overaging the metal strips cooled to about 400 to 500 ° C. For the overaging, the same requirements apply with regard to the hydrogen / steam ratio of the protective gas atmosphere in order to preserve the good strip surface achieved during the annealing process.
  • the annealing furnace according to FIG. 3 shows an inlet-side muffle 2 which is closed in a gastight manner relative to the following muffles 2 by a belt lock 6.
  • This gas-tight closure of the inlet-side muffle 2 with respect to the following muffles allows preheating under an oxidizing atmosphere, which in this case can be set in the remaining muffles 2 independently of the reducing protective gas atmosphere.
  • the flue gas discharged from the furnace via the flue gas outlet 11 can also be used for direct preheating of the metal strip 5, which is passed through a flue gas channel 12 in countercurrent to the flue gas.
  • the oxygen potential of the flue gases can be used to initiate the oxidation of the strip surface.
  • the housing 1 has a muffle-free furnace section 13 on the inlet side, so that the metal strip 5 guided in this furnace section 13 is preheated in an oxidizing atmosphere formed by the flue gases of the burners 10 Behei ⁇ zen of the annealing furnace is determined, as shown in FIG. 5 can be removed.
  • the muffelsburg furnace section 13 is under an oxidizing Atmosphere preheated belt 5 through a belt lock 6 in the Ofenab ⁇ cut out with the muffles 2, in which the heat treatment of Metall ⁇ band 5 under a reducing inert gas atmosphere with a Volums ⁇ ratio of hydrogen to water vapor up to 400 000 takes place.
  • the flue gases from the furnace housing 1 can be used again for preheating and initiation of the oxidation of the metal strip 5, when the flue gases are conducted via the exhaust pipe according to the embodiment of FIG. 3 through a flue gas channel 12, through which the metal strip 5 in Ge ⁇ genstrom is supplied to the furnace.
  • a flue gas channel 12 through which the metal strip 5 in Ge ⁇ genstrom is supplied to the furnace.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallbandes vor einer metallischen Beschichtung beschrieben, wobei das Metallband in einer redu­zierenden, wasserstoffhaltigen Schutzgasatmosphäre geglüht wird. Um die Benetzbarkeit des Metallbandes zu verbessern, wird vorgeschlagen, daß das Metallband in einer Schutzgasatmosphäre mit einem Volumsverhältnis von Wasserstoff zu Wasserdampf von wenigstens 4000 geglüht wird.

Description

Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallbandes vor einer metallischen Beschichtung
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallbandes vor einer metallischen Beschichtung, wobei das Metallband in einer reduzierenden, wasserstoffhaltigen Schutzgasatmosphäre geglüht wird.
Stand der Technik
Zur Vorbehandlung von kaltgewalzten Stahlbändern für ein nachfolgendes Verzinken werden die Stahlbänder in einer wasserstoffhaltigen Schutzgasat¬ mosphäre geglüht, und zwar in Glühöfen, die mit Hilfe von Strahlrohren beheizt werden. Diese reduzierende Wärmebehandlung der Stahlbänder, die vor dem Verzinken gekühlt und gegebenenfalls überaltert werden, kann jedoch die für höhere Ansprüche erforderliche Benetzung der Bandoberfläche im Zinkbad in Abhängigkeit von der jeweiligen Stahlanalyse nicht immer sichergestellt wer¬ den, was in weiterer Folge die Haftung der Zinkschicht beeinträchtigt.
Zur Verbesserung der Benetzbarkeit und damit der Haftung der Zinkschicht auf den zu verzinkenden Stahlbändern ist es darüber hinaus bekannt, die Stahl¬ bänder zunächst in einer oxidierenden Atmosphäre vorzuwärmen, um im An¬ schluß an diese oxidierende Vorwärmung die Oxide, die der Benetzbarkeit und der Haftfähigkeit entgegenstehen, in einer Schutzgasatmosphäre wieder zu reduzieren. Abgesehen davon, daß ein solches zweistufiges Behandlungsver¬ fahren durch ein Vorwärmen in einer oxidierenden Atmosphäre und ein an¬ schließendes Blankglühen mit einem erheblichen Verfahrensaufwand verbun¬ den ist, sind die Behandlungsergebnisse insbesondere hinsichtlich der Benet- zungsfähigkeit der Bandoberfläche trotz des Mehraufwandes durch das Vor¬ wärmen in einer oxidierenden Atmosphäre nicht immer zufriedenstellend.
Die bei den verschiedenen Verfahren aufgezeigten Mängel treten nicht nur beim Verzinken von Stahlbändern, sondern grundsätzlich bei allen Metallbän¬ dern auf, die mit einer metallischen Beschichtung versehen werden sollen, sei es in einer Metallschmelze oder in einem elektrolytischen Bad.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art zur Wärmebehandlung eines Metallbandes vor einer metalli¬ schen Beschichtung so auszugestalten, daß vor allem die Benetzungsfähigkeit der Bandoberfläche als wesentliche Voraussetzung für eine gute Haftung der Beschichtung verbessert werden kann.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß das Metallband in einer Schutzgasatmosphäre mit einem Volumsverhältnis von Wasserstoff zu Was¬ serdampf von wenigstens 4000 geglüht wird.
Aufgrund der Anhebung der unteren Grenze des Volumsverhältnisses von Wasserstoff zu Wasserdampf auf einen Mindestwert von 4000 wird eine erheb¬ lich gesteigerte Reduktionswirkung durch die Schutzgasatmosphäre mit der Folge erzielt, daß sich nicht nur mit Ausnahme von Aluminium die sauerstoffaf¬ finen Legierungselemente des Metallbandes in einem geringeren Ausmaß an der Bandoberfläche anreichern, sondern auch diese Ausscheidungen fein¬ dispers über die Oberfläche verteilt sind. Es ergibt sich somit durch das erfin¬ dungsgemäße Blankglühen eine Oberflächenstruktur, die eine vorteilhafte Voraussetzung für das Benetzungsverhalten des Metallbandes in der Metall¬ schmelze darstellt. Dies bedeutet, daß in vielen Fällen auf ein oxidierendes Vorwärmen zur Vorbereitung einer späteren Oberflächenstruktur des Metall¬ bandes verzichtet werden kann, ohne eine Einschränkung hinsichtlich der Benetzbarkeit oder der Haftfähigkeit in Kauf nehmen zu müssen. Selbstver¬ ständlich ist aber auch ein Vorwärmen in einer oxidierenden Atmosphäre als Vorbehandlung möglich, wobei durch die erhöhte Reaktionswirkung des Glüh¬ gases beim anschließenden Blankglühen aufgrund des Volumsverhältnisses von Wasserstoff zu Wasserdampf von wenigstens 4000 die Reduktion der entstandenen Oxidschicht erheblich erleichtert wird. ■
Da herkömmliche Glühöfen zur Wärmebehandlung eines Metallbandes vor seiner metallischen Beschichtung in einer Schmelze oder in einem elektrolyti¬ schen Bad nur einen begrenzten Wasserstoffgehalt in der reduzierenden Schutzgasatmosphäre aufweisen und dieser beschränkte Wasserstoffgehalt für das angestrebte Volumsverhältnis von Wasserstoff zu Wasserdampf zu Tau¬ punkten führt, die mit solchen Glühöfen nicht erreicht werden können, werden zur erfindungsgemäßen Wärmebehandlung Muffelöfen mit mehreren neben¬ einandergereihten Muffeln vorgesehen, in denen der Wasserstoffgehalt der Schutzgasatmosphäre bis 100 % (106 ppm) eingestellt werden kann. Mit sol¬ chen Muffeln kann außerdem ein Taupunkt bis -70 C° (2,5 ppm) erreicht werden, so daß durch die Einstellung des Wasser¬ stoffgehaltes und des Taupunktes ein Volumsverhältnis von Wasserstoff zu Wasserdampf bis 400000 verwirklicht werden kann.
Von den gegenüber dem übrigen Ofenraum gasdicht abgeschlossenen Muffeln kann wenigstens eine Muffel gegenüber den anderen mittels einer Band¬ schleuse ebenfalls gasdicht abgeschlossen werden, um im Bereich dieser Muffel von den übrigen Muffeln gesonderte Behandlungen des Metallbandes vornehmen zu können. Dies kann durch das Zuführen von besonderen Reakti¬ onsgasen im Rahmen der reduzierenden Schutzgasatmosphäre geschehen, aber auch zum oxidierenden Vorwärmen des Metallbandes ausgenützt werden, dann nämlich, wenn die einlaυfseitige Muffel gegenüber den in Banddurchlauf¬ richtung nachfolgenden Muffeln durch eine Bandschleuse gasdicht abge¬ schlossen und mit einer entsprechenden oxidierenden Atmosphäre beauf¬ schlagt wird.
Eine andere Möglichkeit, eine oxidierende Vorbehandlung des Metallbandes innerhalb des Glühofens sicherzustellen, besteht darin, den Muffelofen mit einem einlaufseitigen muffellosen Ofenabschnitt zu versehen, in dem die oxi¬ dierende Atmosphäre vorliegt, die zugleich zum Erwärmen des Metallbandes auf die Behandlungstemperatur genützt werden kann. -^
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird das Verfahren zur Wärmebehandlung eines Me¬ tallbandes vor einer metallischen Beschichtung in einer Metallschmelze oder in einem elektrolytischen Bad näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Glühofen zur Wärmebehandlung eines Metallbandes vor einer metallischen Beschichtung in einem vereinfachten Längsschnitt, Fig. 2 einen Schnitt der Linie Il - Il der Fig. 1 in einem größeren Maßstab, Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer Konstruktionsvariante eines erfindungsgemäßen Glühofens, Fig. 4 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Glühofens in einem Längsschnitt und Fig. 5 den Glühofen nach der Fig. 4 in einem Schnitt nach der Linie V - V in einem größeren Maßstab.
Weg zur Ausführung der Erfindung
Der Glühofen gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 weist ein Gehäuse 1 mit mehreren nebeneinandergereihten Muffeln 2 auf, die im Dek- kenbereich an das Gehäuse 1 gasdicht angeflanscht sind und mit ihren unteren Enden in Ölringdichtungen 3 eingreifen. Diese Ölringdichtungen 3 sind in ei¬ nem vorzugsweise gegenüber dem Gehäuse 1 absenkbaren Sockel 4 vorge¬ sehen, über den das zu behandelnde, strichpunktiert angedeutete Metallband 5 durch eine gasdichte Bandschleuse 6 in den Ofen einläuft. Über Umlenktrollen 7 im Sockelbereich und Umlenkrollen 8 im Bereich von Abdeckhauben 9 der Muffeln 2 wird das Metallband 5 mäanderförmig durch die Muffeln 2 nach oben und unten geführt, um den Glühofen über eine Bandschleuse 6 im Sockel 4 wieder zu verlassen und in einen herkömmlichen Bandkühler mit einer Schutz¬ gasatmosphäre einzutreten, der aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt ist. Zum Beheizen der Muffeln 2-von außen sind Brenner 10 vorgesehen, die gemäß der Fig. 2 angenähert tangential in den ringförmigen Brennraum zwi¬ schen Ofengehäuse 1 und Muffeln 2 münden, so daß um alle Muffeln 2 eine intensive Rauchgasumwälzung sichergestellt wird. Die Rauchgase werden über einen Rauchgasabzug 11 aus dem Gehäuse 1 abgezogen und über einen Rekuperator zur Vorwärmung der Verbrennungsluft einem Abgaskarmin zuge¬ leitet. Selbstverständlich können die Muffeln 2 aber auch in anderer Weise von außen beheizt werden, beispielsweise mit Hilfe einer elektrischen Heizung.
Da die Muffeln 2 gegenüber den Rauchgasen im Ofenraum außerhalb der Muffeln 2 gasdicht abgeschlossen sind, kann das Metallband 6 innerhalb der Muffeln 2 unter einer reduzierenden Schutzgasatmosphäre erwärmt und be¬ handelt werden, in der ein Volumsverhältnis von Wasserstoff zu Wasserdampf von wenigstens 4000 bis zu 400 000 ohne Schwierigkeiten eingestellt werden kann. Die einlaufseitige Muffel 2 dient dabei zur Vorwärmung des Metallbandes 5, während in den nachfolgenden Muffeln 2 das Metallband 5 unter der vorge¬ gebenen Behandlungstemperatur blankgeglüht wird. Aufgrund des vergleichs¬ weise hohen Volumsverhältnisses zwischen Wasserstoff und Wasserdampf ergibt sich eine oxidfreie Oberfläche mit feindispersen Legierungsausscheidun¬ gen, was die Benetzbarkeit des so behandelten Metallbandes für eine nachfol¬ gende metallische Beschichtung erheblich verbessert, so daß mit einer solchen Vorbehandlung eine gute Haftfähigkeit der Metallbeschichtung auch bei sonst schwierig zu beschichtenden Metallegierungen erreicht werden kann. Ein Ofen der grundsätzlichen Bauart nach den Fig. 1 und 2 kann auch mit Vorteil zur Überalterung der auf etwa 400 bis 5000C gekühlten Metallbänder eingesetzt werden. Für das Überaltern gelten nämlich gleiche Anforderungen hinsichtlich des Wasserstoff-Wasserdampfverhältnisses der Schutzgasatmo¬ sphäre, um die während des Glühvorganges erreichte gute Bandoberfläche zu bewahren.
Zum Unterschied zu der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 zeigt der Glühofen gemäß der Fig. 3 eine einlaufseitige Muffel 2 die gegenüber den nachfolgenden Muffeln 2 durch eine Bandschleuse 6 gasdicht abgeschlossen ist. Dieser gasdichte Abschluß der einlaufseitigen Muffel 2 gegenüber den nachfolgenden Muffeln erlaubt eine Vorwärmung unter einer oxidierenden Atmosphäre, die in diesem Fall unabhängig von der reduzierenden Schutzgas¬ atmosphäre in den übrigen Muffeln 2 eingestellt werden kann. Damit können im Bedarfsfall die sich durch die Oxidation während der Vorwärmung ergebenden Reaktionen zur Verbesserung der Benetzbarkeit des Metallbandes ausgenützt werden, ohne eine unvollkommene Reduktion der entstandenen Oxide befürch¬ ten zu müssen, weil das hohe Verhältnis von Wasserstoff zu Wasserdampf bis zu 400 000 die Reduktionsvorgänge vorteilhaft beeinflußt. Wie der Fig. 3 ent¬ nommen werden kann, kann das über den Rauchgasabzug 11 aus dem Ofen abgeführte Rauchgas auch zur unmittelbaren Vorwärmung des Metallbandes 5 eingesetzt werden, das im Gegenstrom zum Rauchgas durch einen Rauchgas¬ kanal 12 geführt wird. Das Sauerstoffpotential der Rauchgase kann dabei zur Einleitung der Oxidation der Bandoberfläche genützt werden.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4 und 5 weist das Gehäuse 1 auf der Einlaufseite einen muffellosen Ofenabschnitt 13 auf, so daß das in diesem Ofenabschnitt 13 geführte Metallband 5 in einer oxidierenden Atmo¬ sphäre vorgewärmt wird, die durch die Rauchgase der Brenner 10 zum Behei¬ zen des Glühofens bestimmt wird, wie dies der Fig. 5 entnommen werden kann. Aus dem muffellosen Ofenabschnitt 13 wird das unter einer oxidierenden Atmosphäre vorgewärmte Band 5 durch eine Bandschleuse 6 in den Ofenab¬ schnitt mit den Muffeln 2 geführt, in denen die Wärmebehandlung des Metall¬ bandes 5 unter einer reduzierenden Schutzgasatmosphäre mit einem Volums¬ verhältnis von Wasserstoff zu Wasserdampf bis zu 400 000 erfolgt. Die Rauch¬ gase aus dem Ofengehäuse 1 können wieder zur Vorwärmung und Einleitung der Oxidation des Metallbandes 5 genützt werden, wenn die Rauchgase über die Abgasleitung entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach der Fig. 3 durch einen Rauchgaskanal 12 geleitet werden, durch den das Metallband 5 in Ge¬ genstrom dem Ofen zugeführt wird. In diesem Falle ist im Einlaufbereich des Sockels 4 keine Bandschleuse für den gasdichtenOfenabschluß-erforderlich. '

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e :
1. Verfahren zur Wärmebehandlung eines Metallbandes vor einer metalli¬ schen Beschichtung, wobei das Metallband in einer reduzierenden, wasser- stoffhaltigen Schutzgasatmosphäre geglüht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallband in einer Schutzgasatmosphäre mit einem Volumsverhältnis von Wasserstoff zu Wasserdampf von wenigstens 4000 geglüht wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Glühofen für das kontinuierlich durch den Glühofen geförderte Metall¬ band (5), dadurch gekennzeichnet, daß der Glühofen als Muffelofen mit mehre¬ ren nebeneinandergereihten Muffeln (2) ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine Muffel gegenüber den anderen durch eine Bandschleuse (6) gasdicht abgeschlossen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einlauf- seitige Muffel (2) gegenüber den in Banddurchlaufrichtung nachfolgenden Muffeln (2) durch eine Bandschleuse (6) gasdicht abgeschlossen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Muffelofen einen einlaufseitigen muffellosen Ofenabschnitt (13) aufweist.
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