DE4228808A1

DE4228808A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von bandförmigem Behandlungsgut

Info

Publication number: DE4228808A1
Application number: DE19924228808
Authority: DE
Inventors: Rafael Dr Rituper; Ralf Dr Ing Waldmann; Dieter Kottzieper
Original assignee: Keramchemie GmbH
Current assignee: Keramchemie GmbH
Priority date: 1992-08-29
Filing date: 1992-08-29
Publication date: 1994-03-03

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur che mischen oder elektrochemischen Oberflächenbehandlung von bandförmigem Behandlungsgut, insbesondere Walzgut, in Verbindung mit einer Behandlungsflüssigkeit, beispiels weise einer Säure, einer Lauge oder einer Base, bei dem das Behandlungsgut kontinuierlich durch mindestens einen mit der Behandlungsflüssigkeit gefüllten Behandlungsbehäl ter geführt wird sowie auf eine Vorrichtung zur Durchfüh rung dieses Verfahrens.

Es ist bekannt, durch einen Walzvorgang hergestellte Stahl bänder in der Weise chemisch oder elektrochemisch zu ent zundern, daß das bandförmige Behandlungsgut durch minde stens einen mit einer Beizflüssigkeit gefüllten Tauch-Be handlungsbehälter geführt wird. Dabei kann der Tauch-Be handlungsbehälter als Tief-, Flach- oder Flutbeizbehälter ausgebildet sein, wobei die Beizflüssigkeit im Kreislauf durch den jeweiligen Tauch-Behandlungsbehälter geführt und gegebenenfalls zur Erzeugung von Turbulenzen herangezogen wird. Zwischen den einzelnen Tauch-Behandlungsbehältern, insbesondere aber hinter dem letzten Tauch-Behandlungsbe hälter, sind Abquetscheinrichtungen vorgesehen, mittels denen die noch auf dem Behandlungsgut befindliche Behand lungsflüssigkeit entfernt wird. Hinter dem ersten Tauch- Behandlungsbehälter weist das bandförmige Behandlungsgut einen sich beim Beizen bildenden, dunklen Niederschlag auf, der aus Reaktionsprodukten bei der Umsetzung der Beizsäure mit dem Grundmetall und Begleitelementen ent steht. Dieser dunkle Niederschlag haftet an der während des Beizens freiwerdenden Oxid-Metall-Oberfläche besonders stark, was den eigentlichen Beizvorgang beeinträchtigt und damit zwangsläufig zu längeren Beizzeiten führt. Bei spielsweise beim Beizen eines Stahlbandes mit 0,035% C, 0,012% S, 0,18% Cu, 0,08% Ni und 0,05% As in einer 20%igen Schwefelsäure mit einer Temperatur von etwa 95°C bildet sich hinter dem ersten Tauch-Behandlungsbehälter ein 0,6%iger Niederschlag, der etwa 20% Cu, 5% C, 4% As und 3% Ni enthält.

Beim Beizen des gleichen Stahlbandes in einer 18%igen Salzsäure mit einer Temperatur von 80°C ist der Anteil der unlöslichen Bestandteile etwas geringer und beträgt nur etwa 0,4%. Die Zusammensetzung des hier entstehenden Niederschlages ist ähnlich wie beim Beizen in Schwefel säure. Beim Beizen in 18%iger Salzsäure enthält der dunk le, festhaftende Niederschlag jedoch etwa 20% Cu, 7% Ni, 7% As und 5% C. Die Zusammensetzung des Niederschlages ist immer von der verwendeten Beizflüssigkeit und der Art des Behandlungsgutes abhängig. Bei hochgekohlten Stählen ist der Anteil des Kohlenstoffs und bei ferriti schen Chromstählen der Anteil des Chroms am größten.

Der dunkle Niederschlag muß jedoch entfernt werden. Da zu wird in der Behandlungslinie zunächst ein besonderer Spülbehälter angeordnet, in dem eine Spülflüssigkeit auf das Band gespritzt wird. Trotz dieses Spülvorganges ver bleibt immer noch ein dünner Hauch des dunklen Nieder schlags auf dem bandförmigen Walzgut. Um auch noch diesen Rest des Niederschlages entfernen zu können, wird hinter der Spüleinrichtung eine Bürstenmaschine angeordnet, die mit mehreren rotierenden, gegen die Unter- und die Ober seite des bandförmigen Behandlungsgutes wirkenden Bürsten walzen bestückt ist. Eine derartige Bürstenmaschine ist verhältnismäßig aufwendig. Darüber hinaus weisen die Bür stenwalzen einen verhältnismäßig hohen Verschleiß auf. Der beim Bürstvorgang abgetragene Rest des Niederschlages und die dabei entwickelte Wärme müssen jedoch abgeführt wer den, wozu relativ hohe Umwälzvolumenströme erforderlich sind. Grundsätzlich hat das Tauchbeizen von bandförmigem Walzgut den Vorteil, daß eine verhältnismäßig glatte Ober fläche entsteht. Als Nachteil müssen jedoch der dunkle Niederschlag und verhältnismäßig lange Beizzeiten in Kauf genommen werden.

Es ist ferner bekannt, bandförmiges Walzgut durch eine Spritzbehandlung mit einer Beizflüssigkeit zu entzundern. Dabei wird das bandförmige Walzgut entweder horizontal oder vertikal durch einen Spritzbehandlungsbehälter ge führt, in dem die Beizflüssigkeit mit hohem Druck auf die beiden Oberflächen des bandförmigen Walzgutes gespritzt wird. Bei einer derartigen Spritzbehandlung des bandför migen Walzgutes wird stets frische bzw. scharfe Beizflüs sigkeit an die mit Zunder behaftete Metalloberfläche her angeführt. Damit wird hier der Beizvorgang unabhängig von der Geschwindigkeit, mit der beim Tauchbeizverfahren die Säuremoleküle durch die vor dem Beizgut befindliche, ver armte Grenzschicht wandern. Das Spritzbeizen hat gegenüber dem Tauchbeizen den Vorteil, daß durch die kinetische Energie, mit der die Beizflüssigkeit auf das Beizgut auf trifft, die mehr oder weniger fest haftenden Zunderparti kel von der Metalloberfläche abgespült bzw. abgesprengt werden. Der Nachteil des Spritzbeizens wird darin gesehen, daß die Oberfläche des behandelten, bandförmigen Walzgutes aufgrund des größeren, jedoch unterschiedlichen Abtrages verhältnismäßig rauh ist. Gelegentlich kann sogar Lochfraß bzw. eine Anätzung im Bereich der Korngrenzen erfolgen, wodurch die Oberflächenbeschaffenheit des bandförmigen Be handlungsgutes weiter verschlechtert wird. Für bestimmte Verwendungszwecke, beispielsweise das Tief ziehen, benötig tes, bandförmiges Walzgut kann durch eine solche Spritzbe handlung nicht gebeizt werden, da die dabei entstehende, rauhe Oberfläche sich auf den nachfolgenden Tiefziehvor gang, insbesondere das durch den Tiefziehvorgang herge stellte Produkt, nachteilig auswirkt. Der für eine Spritz behandlung von bandförmigem Behandlungsgut erforderliche apparative Aufwand ist verhältnismäßig hoch und die Düsen verschleißen in verhältnismäßig kurzer Zeit. Die Tempera tur der Behandlungsflüssigkeit ist bei der Spritzbehand lung begrenzt, da sonst zu große Wärme- und Verdunstungs verluste auftreten. Die dabei entstehende Aerosolbildung erhöht den Aufwand für die Reinigung der Abluft. Die bei der Spritzbehandlung von bandförmigem Behandlungsgut mit Säure auftretende hohe Oxidation - Fe²⁺ wird zu Fe³⁺ re duziert, führt zu Schwierigkeiten bei einer Regenerierung der Säure.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Ver fahren zur chemischen oder elektrochemischen Oberflächen behandlung von bandförmigem Behandlungsgut, insbesondere Walzgut, in Verbindung mit einer Behandlungsflüssigkeit aufzuzeigen, welches ohne besonderen Investionsaufwand das Entfernen des beim Tauchbeizen entstehenden Niederschlags während des Behandlungsvorganges bzw. während der Auflö sung der Zunderschicht ermöglicht, eine Verkürzung der Be handlungszeit ohne nachteilige Beeinflussung der Oberflä chenbeschaffenheit sowie eine Verlängerung der Standzeit der Behandlungsflüssigkeit und damit eine bessere Ausnut zung derselben sicherstellt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung vor geschlagen, daß das Behandlungsgut im Anschluß an eine Tauchbehandlung zusätzlich mindestens einer Spritzbehand lung mit der Behandlungsflüssigkeit unterzogen wird.

Durch diese zusätzliche, verhältnismäßig kurzzeitige Spritzbehandlung wird der beim Tauchbeizen entstehende, dunkle Niederschlag entfernt. Der bisher erforderliche Bürstvorgang kann entfallen, so daß Bürstmaschinen nicht mehr erforderlich sind und der damit verbundene Investions- und Instandhaltungsaufwand vermieden wird. Darüber hinaus wird, ohne daß sich dies auf die Qualität der Oberflächenbeschaffenheit nachteilig auswirkt, die Beizzeit reduziert und/oder die Länge der Beizvorrichtung verkürzt. Die bisher durch den zwischengeschalteten Bürst vorgang aufgetretenen Wärmeverluste entfallen, so daß auch die Energiekosten reduziert werden. Die Behandlungsflüs sigkeit weist eine höhere Standzeit auf und wird damit zwangsläufig besser ausgenutzt. Auch dies wirkt sich auf die Kosten der Oberflächenbehandlung vorteilhaft aus.

Weitere Merkmale des Verfahrens gemäß der Erfindung sowie einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sind in den Ansprüchen 2-11 offenbart.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in einer Zeichnung in schematischer Weise gezeigten Ausführungsbei spieles näher erläutert.

In dieser Zeichnung ist eine Vorrichtung zum Beizen von bandförmigem Walzgut 1 gezeigt, welches beispielsweise aus einem bei hohen Temperaturen, beispielsweise über 720°C, aufgewickelten Warmband besteht und eine verhältnismäßig dicke und kompakte Zunderschicht aufweist. Das bandförmige Walzgut 1 wird dabei in Richtung des Pfeiles 2 bewegt. In Laufrichtung des bandförmigen Walzgutes 1 sind nun ein Zunderbrecher 3, eine Spritzeinrichtung 4, ein Tauchbe handlungsbehälter 5, ein Spritz-Behandlungsbehälter 6, ein weiterer Tauch-Behandlungsbehälter 7, ein Spülbehälter 8 und eine Trocknungseinrichtung 9 hintereinander angeordnet.

Im Zunderbrecher 1 wird nun der Zunder gebrochen, wobei Risse in der Zunderschicht entstehen. In der Abspritzein richtung 4 werden Staub und lose haftende Partikel, auch gelöste Zunderteilchen, abgespritzt. Danach gelangt das bandförmige Walzgut 1 in den ersten Tauch-Behandlungsbe hälter 5. Hier wird das bandförmige Walzgut in eine strö mende, 10%ige Salzsäure eingetaucht, die eine Temperatur von etwa 85°C besitzt und eine Banddurchzugsgeschwindig keit von etwa 90 m/min. aufweist. Hier findet ein erstes Ablösen des Zunders statt, wobei sich an der Oberfläche ein dunkler Niederschlag ausbildet.

Im Anschluß an den ersten Tauch-Behandlungsbehälter 5 ge langt das bandförmige Walzgut 1 in einen Spritz-Behand lungsbehälter 2, in dem die Behandlungsflüssigkeit, hier ist es 10%ige Salzsäure, mit einem Druck von etwa 1,0 bis 2,5 bar gegen die Oberfläche des Walzgutes 1 ge spritzt wird. In Abhängigkeit vom Behandlungsgut kann die ser Spritzdruck 0,5-10 bar betragen. Der Abstand der Spritzdüsen von dem bandförmigen Walzgut 1 beträgt etwa 10 cm-40 cm, vorzugsweise 12 cm-20 cm. Der Volumen strom der Behandlungsflüssigkeit im Spritz-Behandlungsbe hälter 6 liegt zwischen 0,05 und 2,0 l/min. cm², vorzugs weise zwischen 0,1 und 0,4 l/min. cm². Hier wird der im Tauch-Behandlungsbehälter 5 aufgetretene und auf dem Walz gut 1 stark haftende Niederschlag entfernt. Die Entfernung des Niederschlages beruht dabei auf den mechanischen Kräf ten, die beim Aufprall der Behandlungsflüssigkeit auf der Oberfläche des Walzgutes 1 entstehen.

Im Anschluß an den Spritz-Behandlungsbehälter 6 gelangt das Walzgut wieder in einen Tauch-Behandlungsbehälter 7, in dem jedoch die Verweilzeit erheblich kürzer ist als im Tauch-Behandlungsbehälter 5, so daß hier kein dunkler Nie derschlag mehr auftritt. Im Anschluß daran wird das Walz gut 1 durch einen Spülbehälter 8 und eine Trocknungsein richtung 9 geführt.

Der Abspritzeinrichtung 4 ist ein Spritzwasserbehälter 10 zugeordnet, der mit der Abspritzeinrichtung über eine Kreislaufleitung verbunden ist. Von diesem Spritzwasserbe hälter können die Feststoffe in an sich bekannter Weise abgezogen werden.

Auch den beiden Tauch-Behandlungsbehältern 5 und 7 sowie dem Spritz-Behandlungsbehälter 6 sind Vorratsbehälter 11, 12, 13 für die Behandlungsflüssigkeit, hier ist es 18%ige Salzsäure, zugeordnet, die über eine Kreislaufleitung mit den entsprechenden Behandlungsbehältern 5, 6, 7 in Verbin dung stehen. Die frische bzw. regenerierte Salzsäure wird hier dem Vorratsbehälter 13 zugeführt und gelangt von hier als Kaskade zu den Vorratsbehältern 11, 12. Von dem Vor ratsbehälter 11 wird die verbrauchte Behandlungsflüssig keit abgezogen. Es besteht die Möglichkeit, den abge spritzten Schlamm durch eine Filtration im Behälter 12 ab zutrennen und damit die Sauberkeit der Behandlungsflüssig keit zu verbessern. Dies wirkt sich bei einer Regeneration der Säure vorteilhaft aus, da das wiedergewonnene Eisen oxid eine hohe Reinheit besitzt und sich gut vermarkten läßt.

Bei umfangreichen Versuchen wurde nun festgestellt, daß die Beizzeit zum Entzundern von Proben des vorerwähnten, bandförmigen Walzgutes ohne mechanische Vorentzunderung durch ein reines Tauchverfahren bei etwa 140 sek. liegt. Während des Tauchens der Beizproben war die rauhe Ausbil dung der Phasengrenze Stahl/Zunder und die Bildung eines dunklen Niederschlages auffällig erkennbar. Der Gewichts verlust lag hier bei etwa 180 g/m².

Die gleichen Proben wurden nun über einen kurzen Zeitraum von etwa 20-30 sek. in ein strömendes Tauchbad gesenkt, anschließend etwa 5-10 sek. mit Beizflüssigkeit abge spritzt und dann nochmals kurzzeitig, etwa 5-10 sek., getaucht.

Hier wurde bereits nach etwa 40 sek. eine saubere Ober fläche erreicht. Der Gewichtsverlust der Proben lag jedoch unter 100 g/m². Das Verhältnis der Spritzzeiten zu den Tauchzeiten kann, in Abhängigkeit von dem Behandlungsgut, zwischen 10% und 90% variieren.

In Abänderung des erläuterten Ausführungsbeispieles ist es möglich, mehrere Spritz- und Tauch-Behandlungsbehälter 5, 6, 7 hintereinander anzuordnen, wobei die Spritz-Behand lungsbehälter 6 beliebig nach Tauch-Behandlungsbehältern 5, 7 eingesetzt werden können. Bedarfsweise kann auch hin ter dem letzten Tauch-Behandlungsbehälter 7 noch ein Spritz-Behandlungsbehälter 6 vorgesehen sein. Die verwen dete Salzsäure kann durch andere geeignete Säuren ersetzt werden.

Claims

1. Verfahren zur chemischen oder elektrochemischen Ober flächenbehandlung von bandförmigem Behandlungsgut, insbesondere Walzgut, in Verbindung mit einer Behand lungsflüssigkeit, beispielsweise einer Säure, einer Lauge oder einer Base, bei dem das Behandlungsgut kontinuierlich durch mindestens einen mit der Behand lungsflüssigkeit gefüllten Behandlungsbehälter ge führt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungsgut im Anschluß an eine Tauchbe handlung zusätzlich mindestens einer Spritzbehandlung mit der Behandlungsflüssigkeit unterzogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungsgut zwischen zwei Tauchbehandlun gen einer Spritzbehandlung unterzogen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungsgut vor der letzten Tauchbehandlung einer Spritzbehandlung unterzogen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Behandlungsgut nach der letzten Tauchbehand lung einer Spritzbehandlung unterzogen wird.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spritzdruck und/oder die Spritzmenge der Be handlungsflüssigkeit in Abhängigkeit vom Behandlungs gut einstellbar ist.

6. Vorrichtung zur chemischen oder elektrochemischen Oberflächenbehandlung von bandförmigem Behandlungs gut, insbesondere Walzgut, in Verbindung mit einer Behandlungsflüssigkeit, beispielsweise einer Säure, einer Lauge oder einer Base, insbesondere zur Durch führung des Verfahrens nach mindestens einem der An sprüche 1-4, bestehend aus mindestens einem hori zontalen und sich in Bewegungsrichtung des Behand lungsgutes erstreckenden und durch einen Deckel ver schließbaren Behälter, der bis oberhalb des Behand lungsgutes mit der Behandlungsflüssigkeit gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Behandlungslinie hinter dem ersten Tauch- Behandlungsbehälter (5) mindestens ein Behälter (6) mit mindestens einer Pumpe für eine Spritzbehandlung des Behandlungsgutes (1) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spritz-Behandlungsbehälter (6) zwischen zwei Tauch-Behandlungsbehältern (5, 7) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spritz-Behandlungsbehälter (6) vor dem letzten Tauch-Behandlungsbehälter (7) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Spritz-Behandlungsbehälter (6) hinter dem letzten Tauch-Behandlungsbehälter angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 6-9, dadurch gekennzeichnet, daß der Spritz-Behandlungsbehälter (6) aus mehreren oberhalb und unterhalb des sich bewegenden, bandarti gen Behandlungsgutes (1) angeordneten und eine Viel zahl von Spritzrohren gebildet ist.

11. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 6-10 dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe für die Spritzbehandlung des Behand lungsgutes (1) regelbar ausgebildet ist.