DE10157340A1

DE10157340A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Behandeln der Oberflächen eines Metallstrangs, insbesondere zum Beizen eines Stahlbandes

Info

Publication number: DE10157340A1
Application number: DE2001157340
Authority: DE
Inventors: Markus Jaenecke
Original assignee: SMS Demag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 2001-11-22
Filing date: 2001-11-22
Publication date: 2003-05-28
Also published as: WO2003044244A1; AU2002357466A1

Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Behandeln der Oberflächen eines Metallstrangs, insbesondere zum Beizen eines Stahlbandes (1), der in Längsrichtung durch einen geschlossenen Behandlungskanal (5) mit geregelter Geschwindigkeit bewegt wird und gegen den zur Oberfläche in der Temperatur eingestellte, turbulente Spritzstrahlen der Beizflüssigkeit gerichtet werden, kann die Aggressivität der Beizsäure an der wirkungsvollsten Stelle und zur richtigen Zeit erhöhen, indem im Behandlungskanal (5) von der Ober- und/oder Unterseite her gegen den Metallstrang und gegen die Beizflüssigkeitsstrahlen oxidierende, gasförmige Medien eingeblasen werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Behandeln der Oberflächen eines Metallstrangs, insbesondere zum Beizen eines Stahlbandes, der in Längsrichtung durch einen geschlossenen Behandlungskanal mit geregelter Geschwindigkeit bewegt wird und gegen den zur Oberfläche in der Temperatur eingestellte, turbulente Spritzstrahlen der Beizflüssigkeit gerichtet werden.

Derartige Turbulenzbeizen dienen vornehmlich zum Beizen von Normalstahlbändern oder Edelstahlbändern mit Beizsäuren im kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Betrieb.

Die Vorgaben für solche Verfahren oder Vorrichtungen zielen auf eine Verkürzung der Beizzeit, eine Verbesserung der Bandoberflächenqualität, eine Minimierung der Überbeizung eine Vermeidung einer Unterbeizung und eine Minimierung des Wärmebedarfs und des Säureverbrauchs.

Das eingangs bezeichnete Verfahren ist aus der DE 41 08 516 C2 oder der DE 36 29 894 C2 bekannt. Die Anwendung solcher Verfahren bewirkt einen intensiven Kontakt zwischen Beizsäure und Bandoberfläche, wodurch die Behandlungszeit sinkt.

Es ist außerdem bekannt (EP 1 036 219 A1), die Beizsäure, die Fe³⁺ und Fe²⁺ enthält, in ihrer Aufnahmefähigkeit von Eisenoxiden durch Zugabe von oxidierenden Stoffen, wie z. B. Wasserstoffperoxid, Permanganat, Persulfate oder Sauerstoff zu steigern. Dabei werden diese Stoffe der Beizsäure in ihrem Vorratsbehälter zugeführt.

Diesen Verfahren haftet der Nachteil an, dass sie in getrennten Vorratsbehältern ausgeübt werden, wobei die Wirkung nachläßt und relativ große Reaktionsverluste eintreten. Der erwünschte intensive Kontakt zwischen dem Luftsauerstoff und der Beizlösung findet nicht in den Sprühzonen statt, wodurch die Oxidationsfähigkeit von Fe²⁺ zu Fe³⁺ eingeschränkt wird. Die Temperatur der Beizlösung kann nur indirekt beeinflusst werden. Praktisch stehen nur die drei Regelungsparameter Bandgeschwindigkeit, Beizbad-Temperatur und Turbulenz zur Verfügung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Aggressivität der Beizlösung an der wirkungsvollsten Stelle und zur richtigen Zeit zu erhöhen.

Die gestellte Aufgabe wird aufgrund des eingangs bezeichneten Verfahrens erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass im Behandlungskanal von der Ober- und/oder der Unterseite her gegen den Metallstrang in die Behandlungsflüssigkeit oxidierende, gasförmige Medien eingeblasen werden. Dadurch werden gleich mehrere Vorteile erzielt:

1. Es wird eine flächige Turbulenz über das Längs- und Querprofil des Beizbandes errreicht. Dadurch entsteht ein intensiverer Kontakt auf der gesamten Bandoberfläche. Die nachteiligen turbulenzfreien Zonen, sog. Totzonen, werden vermieden.
2. Die Austauschfläche zwischen der Gasseite und der Flüssigseite wird um ein Vielfaches vergrößert. An der Kontaktfläche zwischen Gas- und Flüssigphase findet eine verstärkte Oxidation von Fe²⁺ zu Fe³⁺ statt. Das Verhältnis von Fe²⁺ zu Fe³⁺ kann so zu einem höheren Fe³⁺-Anteil verschoben werden, wodurch die höhere Aggressivität der Beizlösung gegenüber dem Zunder erzielt wird.
3. Die Temperatur kann zusätzlich unmittelbar im Behandlungsbehälter durch eine Temperierung der Gasphase beeinflusst werden. Bei einem erhöhten Wärmeeintrag ist auch eine schnellere Temperaturregelung leichter.
4. Zu den bestehenden, beschriebenen Regelungsgrößen kommen zwei weitere Faktoren: Zum einen kann die Gasmenge geregelt werden, was bedeutet, dass die Flächenturbulenz und das Fe²⁺/Fe³⁺-Verhältnis beeinflussbar sind. Zum zweiten kann die Gastemperatur geregelt werden, was die Regelung der Vorlauftemperatur der Beizlösung positiv unterstützt.

Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass Luft unter Zumischen von Sauerstoff eingeblasen wird. Die Menge an Sauerstoff kann dabei nicht nur auf den Beizprozess sondern auch auf die vorrichtungstechnische Konstruktion abgestimmt werden.

Im allgemeinen kann dabei so weit gegangen werden, dass ein überwiegender Anteil von Sauerstoff der Luft beigemischt wird.

Die Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung, insbesondere zum Beizen von kontinuierlich oder diskontinuierlich durch einen geschlossenen Behandlungskanal laufendes Stahlband, wie z. B. Edelstahl-Band, der innerhalb eines den Behandlungskanal umschließenden, durch einen äußeren Deckel abgeschlossenen Behandlungstank gebildet ist, enthält das dem Behandlungskanal zugeführte flüssige Behandlungsmedium in Form von Beizflüssigkeit, wie z. B. Säure, die zu- und ableitbar ist.

Die gestellte Aufgabe wird hier erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass gasförmige, oxidierende Medien durch einen unterhalb des äußeren Deckels angeordneten, inneren Deckel, der mit Gasdüsen versehen ist, und/oder durch einen Gasdüsen-Boden dem Turbulenzkanal unmittelbar zuführbar sind. Dadurch werden die Prozessbedingungen in dem Behandlungstank genauer und schneller beeinflusst als wenn das Gas der Beizsäure außerhalb des Behandlungstanks zugeführt wird. Dabei kommt es zu einer vergleichmäßigten Turbulenz, einem verbesserten Wärmeeintrag und einer stärkeren und gleichmäßigeren Oxidation von Fe²⁺ zu Fe³⁺, wodurch der Beizangriff auf den Zunder beschleunigt und verstärkt wird.

Dabei kann die Gaszuführung von oben derart gestaltet sein, dass der innere Deckel aus einem Hohlkörper besteht, in dessen Boden die Gasdüsen angeordnet sind. Das zuzuführende Gas durchströmt den Hohlraum; dabei wird der Gasstrom gleichmäßig über die Breite des Stahlbandes verteilt und an der Unterseite in das Beizbad abgegeben.

Konstruktiv ist die Befestigung des Hohlkörpers dahingehend ausgeführt, dass der innere Deckel am äußeren Deckel aufgehängt ist. Dadurch kann der innere Deckel eventuell auftretenden Schlägen durch das Stahlband nachgeben.

In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das gasförmige Medium aus Luft besteht, die mittels eines Gebläses ansaugbar ist.

Weitere Merkmale bestehen darin, dass die angesaugte Luft in einem Wärmetauscher in der Temperatur einstellbar ist, wodurch der Vorteil einer effektiveren Temperierung des Beizbades erzielt wird. Außerdem stehen dem Prozessregelungsmodell zwei weitere Parameter zur Regelung des Beizeffektes zur Verfügung (Menge des Gases und Temperatur des Gases).

Nach anderen Merkmalen ist vorgesehen, dass das angesaugte Medium aus einer Mischung mehrerer Gase besteht. Dadurch kann eine Anpassung an den Bedarf erfolgen.

Eine Möglichkeit zur Einstellung einer Mischung besteht darin, dass dem angesaugten Medium (reiner) Sauerstoff zugesetzt wird.

Die konstruktive Ausbildung sieht ferner vor, dass in dem inneren Deckel eine Ansaugleitung für das zuzuführende Gas in einem mittleren Gaskanal mündet. Dadurch wird eine Ausbreitung und Verteilung nach den Seiten begünstigt.

Diese Verteilung kann nach anderen Merkmalen derart weitergeführt werden, indem von dem mittleren Gaskanal aus Eintrittsöffnungen für das durch die Gasdüsen des Gasdüsen-Bodens einführbare Gas verlaufen.

Die Gasführung findet gemäß einer anderen Gestaltung dadurch statt, dass das Gas in einem Kreislauf vom Behandlungstank ausgehend über eine Ansaugleitung, das Gebläse und den Wärmetauscher der unteren Gasverteilung des Gasdüsen-Bodens und/oder dem mittleren Gaskanal des inneren Deckels zuführbar und wieder rückführbar ist.

Außerdem ist an den Kreislauf für das Gas ein Ansaugfilter mit einer nachgeschalteten Absperrklappe angeschlossen. Dadurch wird ein Anschluss für die Zumischung des jeweiligen Gases, wie z. B. Sauerstoff, geschaffen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das nachfolgend näher erläutert wird.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Behandlungstank mit in Längsrichtung durchlaufendem Stahlband und
Fig. 2 den zu Figur gehörenden Querschnitt durch den Behandlungstank mit dem Querschnitt des Stahlbandes.
Die Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung eines Metallstrangs, insbesondere zum Beizen, weist einen Behandlungstank 1 auf. Innerhalb des Behandlungstanks 1 ist ein Behandlungskanal 5 gebildet, der als geschlossen durch einen äußeren Deckel 2 angesehen wird. Der Metallstrang, ein Stahlband 3 aus Stahl oder Edelstahl, das kontinuierlich oder diskontinuierlich durch den Behandlungskanal 5 läuft, wird turbulent mittels Beizsäure beströmt und nach dem Umspülen wird die Beizsäure wieder abgeführt, vom Zunder gereinigt, aufbereitet und wieder anderen zu behandelnden Bandabschnitten zugeführt.
Zusätzlich zu den turbulent auf das Stahlband 3 gerichteten Beizflüssigkeitsstrahlen werden gasförmige, oxidierende Medien durch einen unterhalb des äußeren Deckels 2 angeordneten inneren Deckel 4 durch obere Gasdüsen 10 und/oder durch einen Gasdüsen-Boden 6 unmittelbar der Bandoberfläche bzw. den Beizflüssigkeitsstrahlen zugeführt, die die Wirkung der Beizsäure erheblich steigern.
Der innere Deckel 4 besteht aus einem Hohlkörper 4a, in dessen Boden die oberen Gasdüsen 10 angeordnet sind. Solche Gasdüsen 10 können also von oben und/oder von unten beaufschlagt werden, je nachdem sich ein Regelungsbedarf in einem vorgegebenen Prozessregelungsmodell ergibt.
Der innere Deckel 4 ist am äußeren Deckel 2 beweglich über eine gelenkige Aufhängung 8 aufgehängt, um Unregelmäßigkeiten des Stahlbandes 3 aufzufangen. Der innere Deckel 4 und der äußere Deckel 2 sind über eine geringe Bewegungen zulassende Wassertasse 9 abgedichtet.
Das gasförmige Medium wird im inneren Deckel 4 durch einen mittleren Gaskanal 7 zugeführt, durch Eintritts-Öffnungen 7a seitlich verteilt, so dass es durch die Gasdüsen 10 auf die turbulenten Beizflüssigkeitsstrahlen auftrifft.
Das oxidierende Gas strömt über eine Ansaugleitung 11, von einem Gebläse 14 angesaugt durch einen Wärmetauscher 15 und ist in seiner Temperatur regelbar. Das gasförmige Medium kann aus Luft, aus einer Mischung mehrerer oxidierender Gase und aus Sauerstoff bestehen. Die Ansaugleitung 11 mündet über dem inneren Deckel 4 in den mittleren Gaskanal 7.
Das oxidierende Gas wird im Kreislauf vom Behandlungstank 1 ausgehend über die Ansaugleitung 11, das Gebläse 14 und den Wärmetauscher 15, der unteren Gasverteilung 11a des Gasdüsen-Bodens 6 und/oder den mittleren Gaskanal 7 dem inneren Deckel 4 zugeführt und aus dem Raum über dem inneren Deckel 4 wieder abgesaugt. An den Kreislauf ist ein Ansaugfilter 13 über einer Absperrklappe 12 angeschlossen, durch die gefilterte Luft oder die beschriebenen Gase oder Gasmischungen zugeführt werden.
Unabhängig von dem Kreislauf des oxidierenden Gases oder Gasgemisches erfolgt eine Säure-Zufuhr 16, die nach ihrem Einsatz in einen Säure-Rücklauf 17 und einen Säure-Tank 19 dann durch eine Säure-Pumpe 18 wieder zurück gepumpt und durch eine Säure-Eindüsung 20 gegen das Stahlband 3 gespritzt wird. Verbrauchte Beizsäure wird mittels Abstreif-Rollen 21 für die Säure zurück in den Säure-Rücklauf 17 gegeben.
Das Verfahren, der Beizsäure zusätzlich oxidierende Gase zuzusetzen, wird derart ausgeübt, dass im Behandlungskanal 5 von der Oberseite und/oder der Unterseite her gegen das Stahlband 3 in die Beizsäure die oxidierenden, gasförmigen Medien eingeblasen werden. Es kann sich um Luft unter Beimischen von Sauerstoff handeln. Bei einem überwiegenden Anteil von Sauerstoff, der der Luft beigemischt wird oder gar bei reinem Sauerstoff, treten die stärksten Wirkungen ein. Bezugszeichenliste 1 Behandlungstank
2 äußerer Deckel
3 Stahlband
4 innerer Deckel
4a Hohlkörper
5 Behandlungskanal
6 Gasdüsen-Boden
7 mittlerer Gaskanal
7a Eintritts-Öffnungen
8 Aufhängung
9 Wassertasse
10 Gasdüsen
11 Ansaugleitung
11a untere Gasverteilung
12 Absperrklappe
13 Ansaugfilter
14 Gebläse
15 Wärmetauscher
16 Säure-Zufuhr
17 Säure-Rücklauf
18 Säure-Pumpe
19 Säure-Tank
20 Säure-Eindüsung
21 Abstreif-Rollen für Säure

Claims

1. Verfahren zum Behandeln der Oberflächen eines Metallstrangs, insbesondere zum Beizen eines Stahlbandes, der in Längsrichtung durch einen geschlossenen Behandlungskanal mit geregelter Geschwindigkeit bewegt wird und gegen den zur Oberfläche in der Temperatur eingestellte, turbulente Spritzstrahlen der Beizflüssigkeit gerichtet werden, dadurch gekennzeichnet, dass im Behandlungskanal von der Ober- und/oder der Unterseite her gegen den Metallstrang in die Behandlungsflüssigkeit oxidierende, gasförmige Medien eingeblasen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Luft unter Zumischen von Sauerstoff eingeblasen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein überwiegender Anteil von Sauerstoff der Luft beigemischt wird.

4. Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung eines Metallstrangs, insbesondere zum Beizen, von kontinuierlich oder diskontinuierlich durch einen geschlossenen Behandlungskanal laufendes Stahlband, der innerhalb eines den Behandlungskanal umschließenden, durch einen äußeren Deckel abgeschlossenen Behandlungstank gebildet ist, in dem das den Behandlungskanal zugeführte flüssige Behandlungsmedium zu- und ableitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass gasförmige, oxidierende Medien durch einen unterhalb des äußeren Deckels (2) angeordneten, inneren Deckel (4), der mit Gasdüsen (10) versehen ist, und/oder durch einen Gasdüsen-Boden (6) dem Behandlungskanal (5) unmittelbar zuführbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Deckel (4) aus einem Hohlkörper (4a) besteht, in dessen Boden (6) die Gasdüsen (10) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Deckel (4) am äußeren Deckel (2) aufgehängt ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Medium aus Luft besteht, die mittels eines Gebläses (14) ansaugbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die angesaugte Luft in einem Wärmetauscher (15) in der Temperatur einstellbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das angesaugte Medium aus einer Mischung mehrerer Gase besteht.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dem angesaugten Medium Sauerstoff zugesetzt ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem inneren Deckel (4) eine Ansaugleitung (11) für das zuzuführende Gas in einem mittleren Gaskanal (7) mündet.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass von dem mittleren Gaskanal (7) aus Eintrittsöffnungen (7a) für das durch die Gasdüsen (10) des Gasdüsen-Bodens (6) einführbare Gas verlaufen.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas in einem Kreislauf vom Behandlungstank (1) ausgehend über eine Ansaugleitung (11), das Gebläse (14) und den Wärmetauscher (15) der unteren Gasverteilung (11a) des Gasdüsen-Bodens (6) und / oder dem mittleren Gaskanal (7) des inneren Deckels (4) zuführbar und wieder rückführbar ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass an den Kreislauf für das Gas ein Ansaugfilter (13) mit einer nachgeschalteten Absperrklappe (12) angeschlossen ist.