Verfahren zum Feuerverzinken von Eisen- oder Stahlgegenständen

Abstract

 Zur Erzielung einer bestimmten Zinkauflage/m² auf Eisenoder Stahlgegenständen, insbesondere Rohren, werden die zu verzinkenden Gegenstände über eine verkürzte Zeit in ein Zinkbad eingetaucht, wobei eine Zinkmenge auf der Oberfläche der Gegenstände verbleibt, welche geringer ist, als die gewünschte Zinkauflage/m². Hierauf werden die verzinkten Gegenstände vor dem Abschrecken so lange auf einer Temperatur von über 250°C gehalten, bis sich das gewünschte Flächengewicht/² durch Ausbildung einer intermetallischen Zink-Eisen-Legierungsschicht ausgebildet hat. Hierauf werden die verzinkten Gegenstände abgeschreckt. Der Zinkverbrauch wird hiebei um mindestens 5 %, vorzugsweise etwa 15 %, verringert, ohne daß die gewünschte Schichtstärke bzw. die gewünschte Zinkauflage/m² darunter leidet.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Feuerverzinken von Eisen- oder Stahlgegenständen, insbesondere Rohren, Drähten, Blechen od.dgl., in automatischen Verzinkungsanlagen bei welchem die zu verzinkenden Gegenstände nach dem Entfetten, Beizen, Spülen, Aufbringen von Flußmitteln und gegebenenfalls Trocknen, in ein Zinkbad eingetaucht werden und nach dem Ausbringen aus dem Zinkbad abgeblasen und abgeschreckt werden. Insbesondere für die Verwendung bei Trinkwasserleitungen wird die erforderliche Zinkauflage in g/m vorgeschrieben. Bei jeder Zinkauflagenbestimmung wird aber nun nicht nur die Reinzinkschicht der Zinkauflage bestimmt. Vielmehr werden sämtliche durch Diffusionsvorgänge auftretende Eisen-Zink-Legierungsschichten bei solchen Bestimmungen mitbestimmt und Gesamtzinkauflage beinhaltet somit neben der Reinzinkschicht auch alle Legierungsschichten. Bei den bekannten Verfahren zum Feuerverzinken von Eisen- oder Stahlgegenständen werden die Oberflächen der zu verzinkenden Gegenstände durch Beizen, Aufbringen von Flußmitteln und gegebenenfalls Trocknen im Trockenofen vorbereitet, worauf sie in das Zinkbad eingebracht werden. Die Zinkbadtemperatur beträgt bei den bekannten Verfahren zumeist 450 bis 465°C und bei Stahlrohren wird üblicherweise eine Tauchdauer im Zinkbad von ca. 120 s eingehalten. Nach dem Ausbringen der Rohre aus dem Zinkbad werden diese mit Preßluft abgeblasen und mit Dampf ausgeblasen. Üblicherweise wird auf Grund der erforderlichen Handhabungszeit und um eine glatte und glänzende Oberfläche zu erzielen,'bis zum Eintauchen in das Wasserabschreckbad eine Zeit von etwa 10 s benötigt. Das Wasserabschreckbad weist zumeist eine Temperatur von etwa 50 bis 60°C auf.

[0002] Die vorliegende Erfindung zielt nun darauf ab, den Zinkverbrauch, das heißt die aus dem Zinkbad aufgenommene Zinkmenge zur Erzielung einer bestimmten Zinkauflage in g/m² so gering wie nur möglich zu halten, ohne eine Einbuße der Korrosionsbeständigkeit hinzunehmen.

[0003] Die Erfindung zielt weiter darauf ab, die Gefahr einer Diffusion von Eisen aus.den zu verzinkenden Gegenständen in das Zink des Bades so gering wie nur möglich zu halten und auch auf diese Weise den Zinkverbrauch zur Erzielung einer bestimmten Zinkauflage zu vermindern. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht die Erfindung im wesentlichen darin, daß die zu . verzinkenden Gegenstände in das Zinkbad bis zur Aufnahme einer Zinkmenge/m² getaucht werden, welche nach dem Abblasen mit Luft und/oder Wasserdampf einem Flächengewicht der Zinkauf- lage/m² entspricht, welches geringer ist als das gewünschte Flächengewicht der Zinkauflage/m², daß die verzinkten Gegenstände nach dem Ausbringen aus dem Zinkbad bei Temperaturen von über 250°C bis zum Anwachsen der Zinkauflage auf das gewünschte Flächengewicht/m² gehalten werden, wobei eine intermetallische Zink-Eisen-Legierungsschicht über einen Teilbereich der Schichtstärke der Zinkauflage durch Diffusion von Eisen in das Zink erzielt wird und daß hierauf die verzinkten Gegenstände in an sich bekannter Weise abgeschreckt werden.

[0004] Dadurch, daß die Tauchzeit im Zinkbad so gewählt wird, daß nach dem Abblasen eine Zinkmenge/m² auf dem zu verzinkenden Gegenstand verbleibt, welche geringer ist als das gewünschte Flächengewicht der Zinkauflage/m² ist zunächst klar ersichtlich, daß durch diese Maßnahme weniger Zink aus dem Bad ausgebracht wird. Es wird somit.die Tauchzeit gegenüber den bekannten Verfahren verkürzt und es kann auch durch erhöhte Gebläseleistungen ein starkes Abblasen bzw. Abstreifen des an der Oberfläche der zu verzinkenden Gegenstände anhaftenden Zinkes erzielt werden. Um nun die gewünschte Zinkauflage/m² zu erzielen, werden die Gegenstände anschließend bei Temperaturen über 250°C gehalten. Bei solchen Temperaturen von über 250°C finden Diffusionsvorgänge statt, bei welchen Eisen in die Zinkschicht diffundiert und auf Kosten der Reinzinkschicht eine Legierungsschicht ausgebildet wird. Diese durch Diffusion gebildete Eisen-Zink-Legierungsshicht führt nun bei einer Bestimmung der Gesamtzinkauflage zu höheren Werten für die Zinkauflage. Durch das Anwachsen der Eisen-Zink-Legierungsschichten nach dem Herausheben der verzinkten Gegenstände aus dem Bad wird verhindert, daß Eisen in das Zinkbad diffundiert und es .wird gleichzeitig die erforderliche Zinkauflage durch Wahl der entsprechenden Haltezeit bei Temperaturen von über 250°C durch Diffusionsvorgänge und Legierungsbildung erzielt. Erst'ein Abkühlen auf Temperaturen unterhalb 250°C stoppt die Diffusionsvorgänge und damit die weitere Legierungsbildung. Die Qualität der Verzinkung wird nicht beeinträchtigt, da auch Eisen-Zink-Legierungsschichten einen sehr guten Korrosionsschutz ergeben. Die Nachlegierungszeit soll lediglich dadurch begrenzt werden, daß die-Diffusionsvorgänge nicht so weit gehen, daß keine Reinzinkschicht mehr verbleibt.

[0005] Vorzugsweise werden die Gegenstände in das Zinkbad bis zur Aufnahme einer Zinkmenge/m2 getaucht, welche nach dem Abblasen mit Luft und/oder Wasserdampf höchstens 95 %, vorzugsweise etwa 85 %, des gewünschten Flächengewichtes der Zinkauf- l_age/m², entspricht. Auf diese Weise sind Einsparungen an Zink von bis zu 15 % ohne weiteres möglich, wobei bei dieser Betrachtung nicht berücksichtigt ist, daß auch die geringere Verunreinigung des Zinkbades durch Eisen eine bedeutende Verbesserung der Wirtschaftlichkeit zur Folge hat.

[0006] Die Haltezeit bei Temperaturen von über 250°C wird vorzugsweise so bemessen, daß die Zinkauflage/m² um wenigstens 10 _%, vorzugsweise wenigstens 15 %, durch Legierungsbildung anwächst. Hiebei können vorzugsweise die verzinkten Gegenstände nach dem Ausbringen aus dem Zinkbad bis zur Ausbildung einer intermetallischen Zink-Eisen-Legierungsschicht über wenigstens 60 %, vorzugsweise wenigstens 75 %, der Schichtstärke der Zinkauflage bei Temperaturen von über 250°C gehalten werden. Die Ausbildung der Eisen-Zink-Legierungsschicht kann sich bevorzugt über wenigstens 80 %,'insbesondere 90 %, der Schichtstärke der _Zinkauflage erstrecken, wobei die Obergrenze lediglich dadurch gegeben ist, daß eine äußerste Schicht der Zinkauflage, vorzugsweise mit einer Schichtstärke von maximal 5 %, der Gesamtstärke der Zinkauflage welche von reinem Zink gebildet sein soll, erhalten bleiben soll. Vorzugsweise werden hiefür die Gegenstände nach dem Ausbringen aus dem Zinkbad zwischen 10 und 120 s, vorzugsweise wenigstens 20 s, insbesondere 60 bis 90 s, auf Temperaturen von über 250°C, vorzugsweise über 300°C, gehalten.

[0007] Erfindungsgemäß kömmen Tauchzeiten von 20 bis 180 s, vorzugs= weise 20 bis 120 s in Frage, worauf die verzinkten Gegenstände an erhitzter ruhender Luft oder in Wasserdampfatmosphäre gehalten werden. Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn die Haltezeit bei Temperaturen von über 250°C nach dem Ausbringen der Gegenstände aus dem Zinkbad länger. bemessen wird als die Tauchzeit der Gegenstände in das Zinkbad. Auf diese Weise wird ein minimaler Zinkverbrauch gewährleistet.

[0008] In vorteilhafter Weise wird das Verfahren als Naßverzinkung durchgeführt. Bei der Naßverzinkung gelangen beispielsweise Rohre mit wesentlich geringeren Temperaturen in das Zinkbad, als dies nach einem Trockenofen der Fall wäre. Da Diffusionsvorgänge erst bei 250°C einsetzen, wird auf diese Weise die Zeit, bis zu welcher Diffusionsvorgänge im Zinkbad noch nicht ablaufen können, verlängert. Die Diffusionsvorgänge sollen im Bad so gering wie nur möglich gehalten werden und erst außerhalb des Zinkbades über die Haltezeit ablaufen. Es ist daher erfindungsgemäß vorteilhaft, ein Zinkbad mit einem Zusatz von Aluminium im Ausmaß von 0,08 bis 0,5, vorzugsweise 0,2 Gew.%, einzusetzen, da ein solcher Zusatz von Aluminium die Diffusionsvorgänge und damit die Legierungsbildung im Bad weitgehend unterdrückt.

[0009] Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird somit das Verhältnis Legierungsschicht zu Reinzinkschicht beim Aufbringen der Zinkauflage gesteuert und durch den gegenüber bekannten Verfahren wesentlich erhöhten Anteil der Legierungsschicht an der Gesamtzinkauflage eine Einsparung von Zink bei der Verzinkung erzielt.

[0010] Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Vergleichsversuchen näher erläutert.

[0011] Es wurden Rohre verschiedener Dimensionen einmal ohne verlängerte Legierungszeiten und einmal mit verlängerten Haltezeiten nach dem Ausbringen aus dem Zinkbad verzinkt. Es wurde darauf die Zunahme der Zinkauflage in Prozent bei der Verlängerung der Haltezeit außen und innen bestimmt. Es wurde weiters die Verteilung der Zinkauflage auf die Außen- und Innenseite von Rohren bestimmt, wobei sich überraschenderweise bei größeren Rohrdimensionen eine Vergleichmäßigung der Verteilung auf die Außen- und Innenseite ergab. Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 1 zusammengefaßt.

[0012] Die Erfindung wird weiters an Hand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Diagrammen näher erläutert, in welchen zusätzlich zur ermittelten Zinkauflage bei unterschiedlichen Haltezeiten auf Temperaturen von über 250°C auch noch die Verteilung der Zinkauflagen über die Länge des Rohres ersichtlich ist.

[0013] In Fig. 1 sind die Verhältnisse für ein 1/2-Zollrohr, in Fig. 2 für ein 3/4-Zollrohr, in Fig. 3 für ein 6/4-Zollrohr, in Fig. 4 für ein 3-Zollrohr und in Fig. 5 wiederum für ein 1/2-Zollrohr dargestellt.

[0014] In Fig. 1 bis 5 sind auf der Ordinate die Zinkauflage in g/m2 und auf der Abszisse die Länge des Rohres aufgetragen, wobei 1 dem Rohranfang und 12 dem Rohrende entspricht.

[0015] In den Fig. 1 bis 3 wurde zur besseren Vergleichbarkeit eine einheitliche Tauchzeit von 110 s eingehalten. In Fig. 1 betrug die Ausziehgeschwindigkeit aus dem Bad einheitlich 0,7 m/s. Es wurde ein Abstreifdruck von 1,2 bar und ein Ausblasdruck von 5 bar bei einer Ausblaszeit von 0,8 s eingehalten. Die mit 1 bezeichneten Kurven geben die Werte für die Zinkauflage wieder, welche durch eine Abschreckung 12 s nach dem Ausbringen aus dem Bad erzielt wurden. Die durchgezeichnete Linie gibt die an der Außenseite des Rohres gemessenen Werte wieder, während die entsprechende strichlierte Kurve die Werte im Inneren des Rohres darstellt. Die Probenlänge wurde einheitlich mit 500 mm bemessen.

[0016] Mit 2 sind durchgehend die außen gemessenen Werte und strichliert die innen gemessenen Werte nach einer Haltezeit von 60 s dargestellt. Die Kurven 3 geben die entsprechenden Werte nach einer Haltezeit von 90 s wieder. Die Rohre wurden während der Haltezeit auf Temperaturen von über 250°C gehalten.

[0017] In Fig. 2 sind die Verhältnisse für ein 3/4-Zollrohr dargestellt, wobei gegenüber der Darstellung gemäß Fig. 1 mit einer auf 0,6 m/s verringerten Ausziehgeschwindigkeit bzw. einem Ausblasdruck von 6 bar gearbeitet wurde. Die Kurven 4 geben wiederum in Analogie zu der Darstellung nach Fig. 1 die außen und innen gemessenen Werte nach einem Abschrecken 13 s nach dem Ausziehen aus dem Bad wieder. Die Kurven 5 entsprechen den Werten nach einer Haltezeit von 60 s, wobei die durchgezogenen Linien wiederum den außen gemessenen und die strichlierte Linie den innen gemessenen Werten entsprechen.

[0018] In Fig. 3 sind die Verhältnisse bei einem 6/4-Zollrohr dargestellt, wobei als Ausziehgeschwindigkeit wiederum 0,7 m/s, als Abstreifdruck 1,1 bar und als Ausblasdruck 4 bar bei einer Ausblaszeit von 1,2 s gewählt wurde. Die Probenlänge betrug hier 400 mm. Die Kurven 6 geben in der bereits beschriebenen Weise die Außen- und Innenwerte der Zinkauflage nach einem Abschrecken 10 s nach dem Ausziehen aus dem Bad wieder. Die Kurven 7 zeigen die Verhältnisse nach einer Haltezeit von 75 s.

[0019] Der Darstellung gemäß Fig. 4 liegen 3-Zollrohre zu Grunde, die nach einer Tauchzeit von 140 s mit einer Geschwindigkeit von 0,5 m/s ausgezogen werden. Als Abstreifdruck wurde 1 bar und als Ausblasdruck 9 bar bei einer Ausblaszeit von 1,7 s angewendet. Die Probenlänge betrug 150 mm. Die Kurven 8 geben wiederum die Werte bei einem Abschrecken 10 s nach dem Ausziehen wieder, während die Kurven 9 nach einer Haltezeit von 60 s gemessen wurden.

[0020] In Fig. 5 wurden bei einer Zinkbadtemperatur von 460°C 1/2-Zollrohre 60 s getaucht und unter einem Druck von 2 bar überschüssiges Zink abgestreift. Die Kurven 10 veranschaulichen die Werte, welche nach einem Abschrecken 10 s nach dem Ausziehen gemessen wurden, während die Kurven 11 die erhaltenen Werte nach einer Haltezeit von 90 s wiedergeben.

[0021] Die Korrosionsbeständigkeit von einer verlängerten Haltezeit bei Temperaturen von über 250⁰C unterworfenen Rohren hat sich als mindestens gleichwertig der Korrosionsbeständigkeit von Rohren welche gemäß den bekannten Verfahren mit Zink beschichtet wurden, erwiesen. Auch Faltproben gemäß DIN 2444 ließen keine Mängel der erfindungsgemäßen Beschichtung erkennen.

Ansprüche

1. Verfahren zum Feuerverzinken von Eisen- oder Stahlgegenständen, insbesondere Rohren, Drähten, Blechen od.dgl., in automatischen Verzinkungsanlagen, bei welchem die zu verzinkenden Gegenstände nach dem Entfetten, Beizen, Spülen, Aufbringen von Flußmitteln und gegebenenfalls Trocknen, in ein Zinkbad eingetaucht werden und nach dem Ausbringen aus dem Zinkbad abgeblasen und abgeschreckt werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zu verzinkenden Gegenstände in das Zinkbad bis zur Aufnahme einer Zinkmenge/m² getaucht werden, welche nach dem Abblasen mit Luft und/oder Wasserdampf einem Flächengewicht der Zinkauflage/m² entspricht, welches geringer ist als das gewünschte Flächengewicht der Zinkauflage/m², daß die verzinkten Gegenstände nach dem Ausbringen aus dem Zinkbad bei Temperaturen von über 250°C bis zum Anwachsen der Zinkauflage auf das gewünschte Flächengewicht/m gehalten werden, wobei eine intermetallische Zink-Eisen-Legierungsschicht über einen Teilbereich der Schichtstärke der Zinkauflage durch Diffusion von Eisen in das Zink erzielt wird und daß hierauf die verzinkten Gegenstände in an sich bekannter Weise abgeschreckt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gegenstände in das Zinkbad bis zur Aufnahme einer _Zinkmenge/m² getaucht werden, welche nach dem Abblasen mit Luft und/oder Wasserdampf höchstens 95 %, vorzugsweise etwa 85 %, des gewünschten Flächengewichtes der Zinkauf- lage/m², entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die verzinkten Gegenstände nach dem Ausbringen bis zum Anwachsen der Zinkauflage/m² um wenigstens 10 %, vorzugsweise wenigstens 15 %, bei Temperaturen von über 25₀°C gehalten werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die verzinkten Gegenstände nach dem Ausbringen aus dem Zinkbad.bis zur Ausbildung einer intermetallischen Zink-Eisen-Legierungsschicht über wenigstens 60 %, vorzugsweise wenigstens 75 %, der Schichtstärke der Zinkauflage bei Temperaturen von über 250 C gehalten werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Haltezeit auf einer Temperatur von mehr als 250°C^. nach dem Ausbringen der Gegenstände aus dem Zinkbad für die Erzielung einer Schichtstärke der intermetallischen Legierung von wenigstens 80 %, vorzugsweise wenigstens 90 %, der Schichtstärke der Zinkauflage gewählt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die maximale Dauer der Haltezeit der Gegenstände nach dem Ausbringen aus dem Zinkbad auf einer Temperatur von mehr als 250°C so bemessen wird, daß die äußerste Schicht der Zinkauflage vorzugsweise mit einer Schichtstärke von maximal 5 % der Gesamtstärke der Zinkauflage, von reinem Zink gebildet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gegenstände nach dem Ausbringen aus dem Zinkbad zwischen 10 und 120 s, vorzugsweise wenigstens 20 s, insbesondere 60 bis 90 s, auf Temperaturen von über 250°C, vorzugsweise über 300°C, gehalten werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gegenstände 20 bis 180 s, vorzugsweise 20 bis 120 s, in das Zinkbad getaucht werden und hierauf außerhalb des Zinkbades bis zum Abschrecken 20 bis 120 s auf Temperaturen von über 250⁰C gehalten werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Gegenstände während der Haltezeit an ruhender Luft oder in Wasserdampfatmosphäre gehalten werden.

10.Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Haltezeit bei Temperaturen von über 250⁰C nach dem Ausbringen der Gegenstände aus dem Zinkbad länger bemessen wird als die Tauchzeit der Gegenstände in das Zinkbad.

11.Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verfahren als Naßverzinkung durchgeführt wird.

12.Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Zinkbad mit einem Zusatz von Aluminium im Ausmaß von 0,08 bis 0,5, vorzugsweise 0,2 Gew.%, eingesetzt wird.

Zeichnung