DE10021948A1 - Verfahren und Anlage zum Verzinken eines Stahlbandes - Google Patents
Verfahren und Anlage zum Verzinken eines StahlbandesInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zum Verzinken eines Stahlbandes (1). Um die Zinkschicht optimal mit dem Eisen des Stahlbandes (1) zu legieren, wird die Wärmebehandlung eines Ofens beim Durchlauf des Metallbandes (1) durch den Ofen (4) in Abhängigkeit von der als Regelgröße erfaßten Emissionsstrahlung des Metallbandes (1) in Bandmitte und an den Bandrändern gesteuert. Der Legierungszustand des Metallbandes (1) ist optimal, wenn sich aus den Mittelwerten der Emissionsstrahlung für den mittleren Bereich des Metallbandes (1) und die Randbereiche ein Maximum ergibt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verzinken eines
Stahlbandes, bei dem das Stahlband eine
Beschichtungsanlage und einen sich daran anschließenden
Durchlaufofen und insbesondere eine nachfolgende
Wärmebehandlungszone durchläuft, in dem das Stahlband zur
Bildung einer Zn-Fe-Schicht in Abhängigkeit von einem am
Ausgang des Ofens gemessenen charakteristischen Wert der
Bandoberfläche, insbesondere der Emissionsstrahlung,
durch Steuerung der Ofenleistung wärmebehandelt wird.
Die Erfindung betrifft ferner eine Anlage zum Verzinken
eines Stahlbandes mit mehreren hintereinander
angeordneten Behandlungseinrichtungen, und zwar einer
Beschichtungseinrichtung für Zink, einem Durchlaufofen
und insbesondere einer Warmhaltezone, mit Bandführungs-
und Transportmitteln, die das Stahlband durch die
verschiedenen Behandlungseinrichtungen leiten, und mit
einer Regeleinrichtung, die die Ofenleistung in
Abhängigkeit von Meßwerten mindestens einer hinter dem
Durchlaufofen angeordneten Meßeinrichtung für einen
charakteristischen Wert der Bandoberfläche, insbesondere
einer Emissionsstrahlungsmeßeinrichtung, steuert.
Zur Herstellung von Galvannealed Feinblech wird ein
Stahlband mit Zink überzogen und anschließend
wärmebehandelt (diffusionsgeglüht). Bei dieser
Wärmebehandlung legiert der Zinküberzug mit Eisen aus dem
Stahlband, so daß eine Eisen-Zink-Legierungsschicht mit
etwa 90% Zinkanteil und 10% Eisenanteil entsteht.
Während eine verzinkte Bandoberfläche silbrig glänzt, ist
eine Eisen-Zink-Legierungsschicht mausgrau und matt, wenn
sie durchlegiert ist, während nur anlegierte Bereiche
heller sind. Bei einem optimal behandelten Stahlband ist
die Beschichtung bis auf die Randbereiche durchlegiert.
Die Randbereiche sind dagegen wegen einer prozeßbedingt
etwas dickeren Zinkschicht und geringerer
Behandlungstemperaturen nur anlegiert.
Bei einem bekannten Verfahren und einer bekannten Anlage
zum Verzinken eines Stahlbandes, bei dem nach dem
Beschichten des Stahlbandes mit Zink eine Wärmebehandlung
des Stahlbandes zum Zwecke der Umwandlung der Zinkschicht
in eine Zn-Fe-Legierungsschicht erfolgt, erfolgt die
Wärmebehandlung in Abhängigkeit von der
Strahlungsemission der Bandoberfläche während oder nach
der Wärmebehandlung (EP 0 564 437 A1). Die
Wärmebehandlung erfolgt über die Steuerung der
Heizleistung eines Durchlaufofens. Sie basiert auf der
angeblichen Erkenntnis, daß die Durchreaktion (optimaler
Legierungszustand) an einem starken Anstieg der
Emissionsstrahlung zu erkennen ist. Um eine Überreaktion
während des den Durchlaufofen und gegebenenfalls die
Warmhaltezonen durchlaufenden Stahlbandes zu vermeiden,
ist es erforderlich, die Emissionsstrahlung der
Bandoberfläche an mehreren hintereinander liegenden
Stellen des Durchlaufofens und der Warmhaltezonen zu
ermitteln. Nur dann läßt sich am richtigen Ort
rechtzeitig steuernd in die Wärmebehandlung eingreifen.
Es ist nicht bekannt, ob dieses bekannte Verfahren und
diese bekannte Anlage bereits Eingang in die Praxis
gefunden haben und sich bewährt haben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Anlage zum Verzinken eines Stahlbandes mit einer
Zn-Fe-Legierungsschicht zu schaffen, bei dem
beziehungsweise bei der ein optimaler Legierungszustand
der Zn-Fe-Legierungsschicht erzielbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß beim eingangs
genannten Verfahren dadurch gelöst, daß bei einer
Regelabweichung der als Regelgröße erfaßten
charakteristischen Meßwerte der Emissionsstrahlung oder
des Grauwertes des Stahlbandes in dessen mittlerem und in
dessen Randbereichen die Ofenleistung im Sinne einer
Angleichung an die für einen optimalen Legierungszustand
der Bandoberfläche maßgeblichen, entsprechenden
charakteristischen Werte angepaßt wird.
Anlagenmäßig wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die
Meßeinrichtung Meßwerte für die Strahlungsemission der
Bandoberfläche im mittleren Bereich des Stahlbandes und
an dessen Rändern liefert und die Regeleinrichtung die
Stellgröße für die Ofenleistung aus dem Vergleich dieser
Meßwerte bildet.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß der
Legierungszustand der Zn-Fe-Schicht des Stahlbandes sehr
genau durch den Vergleich der Emissionsstrahlung oder des
Grauwertes der Bandoberfläche in der Bandmitte mit den
entsprechenden Werten an den Bandrändern festgestellt
werden kann. Dies liegt daran, daß bei einem optimalen
Legierungszustand die Emissionsstrahlung am größten ist
beziehungsweise der Grauwert mittelgrau und matt ist,
während bei einem nicht optimalen Legierungszustand die
Emissionsstrahlung geringer beziehungsweise der Grauwert
heller und glänzend ist. Deshalb sieht die Erfindung auch
nach einer Ausgestaltung vor, die Anpassung der
Ofenleistung im Sinne eines Maximums des Differenzwertes
für die Emissionsstrahlung oder den Grauwert des
Stahlbandes vorzunehmen, der aus den Mittelwerten der
Emissionsstrahlung oder des Grauwertes des Stahlbandes im
mittleren Bereich und in den Randbereichen ermittelt
wird.
Besonders vorteilhaft ist es hinsichtlich einer kurzen
Totzeit für die Regelung, wenn bei einem Durchlaufofen
und einer anschließenden Warmhaltezone die Messung der
Emissionsstrahlung oder des Grauwertes innerhalb und/oder
am Ende der Warmhaltezone erfolgt, wobei die aus diesen
Meßwerten für die Regelung gebildete Stellgröße der
Feinregelung dient, während eine aus den Meßwerten der am
Ausgang des Ofens gemessenen Emissionsstrahlung und/oder
Temperatur des Stahlbandes gebildete Stellgröße einer
Grobregelung dient. Da in der Regel eine Durchlegierung
am Ausgang des Ofens noch nicht erfolgt ist, sondern für
die Durchlegierung noch die Temperaturbehandlung in der
Warmhaltezone benötigt wird, würde eine ausschließliche
Regelung in Abhängigkeit von den Meßwerten innerhalb oder
am Ende der Warmhaltezonen zu einer unerwünscht späten
Reaktion bei der Anpassung der Ofenleistung führen. Da
aber auch am Ausgang des Ofens schon grob der zu
erwartende Legierungszustand zu erkennen ist, ist es
vorteilhaft, von einem Meßwert an dieser Stelle schon
eine erste Stellgröße abzuleiten, so daß nachher nur noch
eine Feinregelung zu erfolgen hat.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung
näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
Fig. 1 eine Anlage zum Verzinken eines Stahlbandes mit
anschließender Wärmebehandlung in schematischer
Darstellung,
Fig. 2 eine Anlage zum Verzinken eines Stahlbandes mit
anschließender Wärmebehandlung in schematischer
Darstellung in einer zu Fig. 1 anderen
Ausführung
und
Fig. 3 ein Diagramm für die Emissionsstrahlung in
Abhängigkeit von der Ofenleistung.
Ein Stahlband 1 wird über eine Rolle 2a durch ein Bad 2b
aus flüssigem Zink einer Beschichtungsanlage 2 geleitet.
Abstreifdüsen 3 streifen überschüssiges Zink ab. Danach
gelangt das Stahlband in einen Durchlaufofen 4 mit einer
Reihe von Induktionsspulen, mit denen die Heizleistung
des Durchlaufofens 4 steuerbar ist. Am Ausgang des Ofens
4 ist eine Meßeinrichtung für die Emissionsstrahlung und
die Temperatur 5, und zwar ein spezielles Pyrometer,
angeordnet. Das Stahlband 1 durchläuft dann zwei
Warmhaltezonen 6, 7, und zwar eine stationäre 6 und eine
bewegliche 7. Am Ausgang der Warmhaltezone 7 ist auf
jeder Seite des Stahlbandes eine Meßeinrichtung 8a, 8b für
die Emissionsstrahlung der Oberflächen des Stahlbandes 1
angeordnet. Diese Meßeinrichtungen 8a, 8b sind in der
Lage, einerseits die Emissionsstrahlung in den Bereichen
beider Bandränder und andererseits im mittleren Bereich
des Stahlbandes zu erfassen und dafür entsprechende
Meßwerte zu liefern. Anschließend durchläuft das
Stahlband 1 eine Kühlzone 9, um dann über eine
Umlenkrolle 10 beispielsweise zu einem Haspel
weitertransportiert zu werden.
Die Meßeinrichtungen 5, 8a, 8b liefern an einen Regler 11
Meßwerte über die Emissionsstrahlung. Die Meßeinrichtung
5 liefert beispielsweise einen Meßwert für die mittlere
Emission des Stahlbandes 1. Die Meßeinrichtungen 8a, 8b
liefern dagegen differenzierte Meßwerte, und zwar
Meßwerte für die Bereiche der Bandränder und für den
mittleren Bandbereich. Bei einer typischen Bandbreite von
1000 bis 2000 mm reicht für die Erfassung der Emission im
Randbereich eine Breite von 20 mm und im mittleren
Bereich eine Breite von 200 mm aus. Den Meßwert der
Meßeinrichtung 5 verarbeitet der Regler 11 zu einer
Stellgröße, um die Leistung des Durchlaufofens zunächst
grob zu anzupassen. Aus den von den Meßeinrichtungen
8a, 8b gelieferten Meßwerten für die Strahlungsemission
werden zunächst Mittelwerte gebildet. Die Mittelwerte
werden miteinander verglichen, indem aus ihnen die
Differenz gebildet wird:
(Mit ΔE = Differenz der Mittelwerte der
Emissionsstrahlungen in Bandmitte und an den Bandrändern;
EMitte = Mittelwert der Emissionsstrahlung in Bandmitte;
ErRand = Mittelwert der Emissionsstrahlung am rechten
Bandrand; ElRand = Mittelwert der Emissionsstrahlung am
linken Bandrand).
Im Diagramm der Fig. 3 ist die Größe ΔE über der
Ofenleistung aufgetragen. Es ist zu erkennen, daß bei
einer bestimmten Ofenleistung die Differenz der
Mittelwerte der Emissionsstrahlungen ihr Maximum hat. In
diesem Maximum ist die
Zn-Fe-Schicht des Metallbandes optimal legiert. Nur
schmale Bereiche an den Bandrändern, in denen sich
prozeßbedingt eine dickere Zinkschicht gebildet hat
und/oder die nicht optimal wärmebehandelt wurden und beim
ohnehin notwendigen Besäumen des Metallbandes
abgeschnitten werden, sind nur anlegiert. Der
charakteristische Verlauf dieser Kurve ist einerseits
damit zu erklären, daß bei optimalem Legierungszustand
der Beschichtung des Metallbandes in der Bandmitte diese
nur anlegierten Bandränder eine geringere
Strahlungsemission als der mittlere, optimal legierte
Bandbereich haben, andererseits damit, daß bei Erhöhung
der Ofenleistung eine weitere Durchlegierung der
Zinkschicht an den Bandrändern stattfindet, was sich in
einer erhöhten Emissionsstrahlung bemerkbar macht, und
gleichzeitig wird das Stahlband im übrigen Bereich
überlegiert, ohne daß sich dies in einer wesentlichen
Veränderung der Emissionsstrahlung bemerkbar macht. Das
bedeutet, daß bei erhöhter Ofenleistung der ermittelte
Differenzwert für die Strahlungsemission wieder abnimmt.
Das am Beispiel der Strahlungsemission beschriebene
Prinzip läßt sich gleichzeitig oder alternativ auch mit
dem Grauwert der Bandoberfläche verwirklichen. Fig. 2
zeigt dafür ein entsprechendes Ausführungsbeispiel.
Soweit mit dem ersten Ausführungsbeispiel
Übereinstimmungen bestehen, sind die entsprechenden
Anlageteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht der Durchlaufofen
4 aus nur einer Induktionsspule, während eine zusätliche
bewegliche Warmhaltezone 6* vorgesehen ist. Hinter jeder
Warmhaltezone 6, 6*, 7 können die speziellen Pyrometer 5
angeordnet sein. Vor allem aber sind anstelle der
Meßeinrichtungen 8a, 8b der Fig. 1 bei diesem
Ausführungsbeispiel hinter der oberen Umlenkrolle 10
Meßeinrichtungen 11a, 11b in Form von Kameras vorgesehen,
die Meßwerte für Grauwerte des von
Beleuchtungseinrichtungen 12a, 12b beleuchteten
Stahlbandes 1 aufnehmen, und zwar Meßwerte für die beiden
Randbereiche und für den mittleren Bandbereich. Die
Verarbeitung dieser Meßwerte erfolgt in der gleichen
Weise wie die Verarbeitung der Meßwerte für die
Strahlungsemission beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1.
Claims (6)
1. Verfahren zum Verzinken eines Stahlbandes, bei
dem das Stahlband eine Beschichtungsanlage und einen sich
daran anschließenden Durchlaufofen und insbesondere eine
nachfolgende Warmhaltezone durchläuft, wobei das
Stahlband zur Bildung einer Zn-Fe-Schicht in Abhängigkeit
von einem hinter dem Ofen gemessenen charakteristischen
Meßwert der Bandoberfläche, insbesondere der
Emissionsstrahlung, durch Steuerung der Ofenleistung
wärmebehandelt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß bei
einer Regelabweichung der als Regelgröße erfaßten
charakteristischen Meßwerte der Emissionsstrahlung oder
des Grauwertes des Stahlbandes in dessen mittlerem
Bereich und in dessen Randbereichen die Ofenleistung im
Sinne einer Angleichung an die für einen optimalen
Legierungszustand der Oberfläche des Stahlbandes
maßgeblichen, entsprechenden charakteristischen Werte
angepaßt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Anpassung der Ofenleistung im Sinne eines Maximums des
Differenzwertes für die Emissionsstrahlung oder den
Grauwert des Stahlbandes erfolgt, der aus den
Mittelwerten der charakteristischen Werte für die
Emissionsstrahlung und/oder den Grauwert des Stahlbandes
im mittleren Bereich und in den Randbereichen ermittelt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß bei
einem Durchlaufofen und einer anschließenden
Warmhaltezone die Messung der charakteristischen Werte
für die Emissionsstrahlung und/oder den Grauwert
innerhalb und/oder am Ende der Warmhaltezone erfolgt,
wobei die dabei für die Regelung gebildete Stellgröße der
Feinregulierung dient, und daß eine aus den Meßwerten der
am Ausgang des Ofens gemessenen charakteristischen Werte
für die Emissionsstrahlung und/oder die Temperatur
gebildete Stellgröße der Grobregelung dient.
4. Anlage zum Verzinken eines Stahlbandes (1) mit
mehreren hintereinander angeordneten
Behandlungseinrichtungen, und zwar einer
Beschichtungseinrichtung (2), einem Durchlaufofen (4) und
insbesondere einer Warmhaltezone (6, 6*, 7) mit
Bandführungs- und Transportmitteln (2a), die das
Stahlband durch verschiedene Behandlungseinrichtungen
leiten, und mit einer Regeleinrichtung (11), die die
Ofenleistung in Abhängigkeit von charakteristischen
Meßwerten für die Bandoberfläche von mindestens einer
hinter dem Durchlaufofen (4) angeordneten Meßeinrichtung
(5, 11a, 11b), insbesondere einer
Emissionsstrahlungsmeßeinrichtung, steuert, zur
Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1
bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Meßeinrichtung (5, 11a, 11b) als charakteristische Meßwerte
die Strahlungsemission und/oder den Grauwert der
Bandoberfläche im mittleren Bereich des Stahlbandes (1)
und an dessen Rändern liefert und die Regeleinrichtung
(11) die Stellgröße für die Ofenleistung aus dem
Vergleich dieser Meßwerte bildet.
5. Anlage nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Regeleinrichtung (11) für den Vergleich die Meßwerte in
Mittelwerte umwandelt.
6. Anlage nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Regeleinrichtung (11) ein Stellsignal für eine
Grobregelung aus einem Meßwert für die unmittelbar am
Ausgang des Durchlaufofens (4) gemessene
Strahlungsemission und/oder Temperatur des Stahlbandes
(1) liefert und ein Stellsignal für eine Feinregelung aus
den innerhalb oder am Ende der Warmhaltezonen (6, 7)
gemessenen Meßwerten für die Strahlungsemission und/oder
Temperatur des Stahlbandes (1) in dessen mittlerem
Bereich und dessen Randbereichen liefert.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: THYSSENKRUPP STAHL AG, 47166 DUISBURG, DE |
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8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |