[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit der sich Stahlflachprodukte
mit einer auf Zink (Zn) oder auf Zink-Aluminium-Magnesium (ZnAlMg) basierenden Schicht,
z.B. als Schutzüberzug, beschichten lassen. Es geht hier auch um ein entsprechendes
Verfahren.
[0002] Es ist hinlänglich bekannt, dass Stahlflachprodukte 100, wie Stahlbänder oder Stahlbleche,
zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit mit einer Zink-(Zn) oder ZnAlMg-Legierung
überzogen werden. Dies geschieht in der Praxis meist indem das Stahlflachprodukt 100
aus einem Ofen kommend in ein Zinklegierungsschmelzbad 11 eingebracht wird, wie in
Fig. 1 anhand einer beispielhaften Vorrichtung 150 angedeutet. Um das Stahlflachprodukt
100 vor Oxidation zu schützen, wird es auf der Eingangsseite E typischerweise durch
einen Rüssel 12 mit inerter Atmosphäre hindurch in das Bad 11 eingebracht. Im Bad
11 wird das Stahlflachprodukt 100 durch eine (Zinkbad-)Rolle 13 umgelenkt und auf
der Ausgangsseite A nach oben aus dem Bad 11 heraus bewegt. Beim Austauchen aus diesem
Bad 11 wird der auf der Vorder- und Rückseite anhaftende Legierungsschmelzfilm des
Stahlflachproduktes 100 mit einem Gasstrahl aus den Gasdüsen 15 einer Abstreifdüsenvorrichtung
auf die Zieldicke (im Mikrometerbereich) oder auf die Sollflächenauflage (in g/m
2) abgestreift und das Stahlflachprodukt 100 dann in einen Kühlbereich 16 überführt.
Dieses kontinuierlich arbeitende Verfahren wird im allgemeinen Schmelztauchbeschichten
genannt.
[0003] Details eines geeigneten Verfahrens und besonders geeigneter Legierungszusammensetzungen
sind zum Beispiel der publizierten Anmeldung
WO 2014/033153 A1 des Anmelders VOESTALPINE STAHL GMBH zu entnehmen.
[0004] Es gibt Stand der Technik, der Wasser oder Wasserdampf im Zusammenhang mit dem Schmelztauchbeschichten
von Stahlflachprodukten erwähnt. Im Folgenden sind die entsprechenden Dokumente aufgelistet
und es wird deren Inhalt, soweit hier von Interesse, kurz beschrieben.
[0005] In dem Patent
EP0172682B1 von Armco Inc., das im Jahr 1985 angemeldet wurde, geht es um die Kontrolle von Zink-Dampf
im Zusammenhang mit dem Schmelztauchbeschichten eines Eisen-basierten Metallbandes.
Auf der Eintrittsseite des Tauchbades wird in einem umschlossenen Bereich (vergleichbar
mit dem Rüssel 12 in Fig. 1) eine sauerstoff-reduzierte Atmosphäre bereitgestellt,
die einen kleinen Anteil an Wasserdampf enthält. Durch diesen kleinen Wasseranteil
soll die Bildung von Zink-Dampf an der Oberfläche des Tauchbades verhindert werden.
Dabei wird der Taupunkt des an der Eintrittsseite verwendeten Gases so eingestellt,
dass sich der Zink-Dampf nicht bilden kann.
[0006] In der publizierten Patentanmeldung
JP2020100886 A2 der Firma Nippon geht es um die Zielsetzung ein verzinktes Stahlband zu erzeugen,
das eine Oberfläche mit erhöhtem Reibungskoeffizienten aufweist. Um den Reibungskoeffizienten
zu erhöhen, wird nach dem Gas-Abblasen Wasser mit Druck auf die Oberfläche des Stahlflachproduktes
aufgespritzt. Die Teilchengröße der Wassertropfen soll mindestens 0,07mm und vorzugsweise
mehr als 1,5mm betragen. Durch das Aufspritzen von Wassertropfen werden bewusst Irregularitäten
an der Oberfläche des Stahlbandes erzeugt. Dieses Dokument verfolgt eine andere Zielsetzung
und die entsprechende technische Lehre geht somit in eine komplett andere Richtung
als die vorliegende Erfindung.
[0007] Neben dem reinen Schutz gegen Korrosion, gibt es immer weitergehende Anforderungen
in Sachen Oberflächengüte zinkbeschichteter Stahlflachprodukte. Vor allem die Automobilindustrie
erwartet Produkte, die höchsten Oberflächenanforderungen genügen. Das Bereitstellen
homogener Oberflächen ist jedoch nicht trivial.
[0008] Hauptprobleme sind hierbei oftmals Oberflächenstörungen der ZnAlMg-Schicht. An der
ZnAlMg-Schicht kann sich zum Beispiel eine Marmorierung (engl.: Marble-Effect), ein
«Zahnstocher»- (engl.: «Toothpick») oder «Strandmuster»-Fehler (engl.: «Beach Pattern»)
ausbilden, oder es kann eine Schlackebildung auftreten. Es gibt Patente (z.B.
EP20130826634 AM/J.M.Mataigne;
JP20080256208 NSSMC/ Oohashi et al.), die versuchen ähnliche Oberflächenfehler (Glanzeffekte bzw.
verschobene Oxidhäute) mit anderen Mitteln (Verringerung des O
2-Gehalts in der Umgebung der Abstreifdüse) abzustellen.
[0009] Ähnliche Oberflächenstörungen können unter Umständen auch bei Zn-Schichten aufzutreten,
die einen kleinen Al-Anteil (typischerweise kleiner als 1 Gew.%) enthalten. Diese
Schichten werden hier als ZnAl-Schichten bezeichnet.
[0010] Es stellt sich daher die Aufgabe, eine Vorrichtung bereit zu stellen, um Stahlflachprodukte
mit einer ZnAlMg-Schicht oder einer ZnAl-Schicht beschichten zu können, die korrosionstechnisch
eine besonders dauerhafte und robuste Schutzwirkung haben, wobei die Oberfläche des
Schutzüberzugs besonders homogen und ohne Marmorierung (ohne «Marbel Effect») und/oder
Zahnstocher-Fehler (ohne «Toothpick») sein soll. Es wird eine Oberflächenqualität
angestrebt, die höchsten Kundenanforderungen gerecht wird.
[0011] Außerdem soll die Vorrichtung möglichst wenig Energie verbrauchen, kostengünstig
zu betreiben und robust im Einsatz sein.
Zusammenfassung der Erfindung
[0012] Gemäß Erfindung wird eine entsprechende Vorrichtung bereitgestellt, die ein kontinuierliches
(Schmelztauch-)Verfahren zum Einsatz bringt und die es erlaubt ein Stahlflachprodukt
mit einer metallischen ZnAlMg-Schicht oder einer ZnAl-Schicht, die z.B. als (Schutz-)Überzug
dienen kann, zu versehen. Diese Schicht soll das Stahlsubstrat des Stahlflachprodukts
vor äußeren Einflüssen schützen. Im Folgenden wird das entsprechende Tauchbad als
Zink-Schmelzbad bezeichnet, wobei der Begriff Zink-Legierungsschmelzbad sowohl ein
Schmelzbad umfassen soll, das mehrheitlich Zink (Zn) und eine kleine Beimengung von
Aluminium (AI) (typischerweise kleiner als 1 Gew.%) enthält, als auch ein Schmelzbad
umfassen soll, das eine ZnAlMg-Legierung enthält. Die aufzubringende Schicht wird
hier auch als Zn-enthaltende (Schutz-) Schicht bezeichnet.
[0013] Es wird eine Vorrichtung zum Aufbringen einer ZnAlMg-Schicht oder einer ZnAl-Schicht
auf ein Stahlflachprodukt vorgeschlagen. Diese Vorrichtung umfasst bei allen Ausführungsformen:
- ein Zink-Legierungsschmelzbad mit einer Eingangsseite und einer Ausgangsseite,
- eine Abstreifdüsenvorrichtung mit mindestens einer Gasdüse zum Abblasen der Vorder-
oder Rückseite des Stahlflachproduktes mit Gas, wobei die Abstreifdüsenvorrichtung
im Bereich der Ausgangsseite angeordnet ist,
- eine Wasserdampfvorrichtung, die so angeordnet und ausgelegt ist, dass diese gasförmigen
Wasserdampf abgeben und im Bereich der Vorder- und/oder Rückseite des Stahlflachproduktes
eine kontrollierte Wasserdampfatmosphäre bereitstellen kann, wobei die kontrollierte
Wasserdampfatmosphäre eine absolute lokale Feuchtigkeit aufweist, die größer ist als
1 g/m3 und kleiner ist als 300 g/m3, wobei die absolute lokale Feuchtigkeit vorzugsweise im Bereich 2,71 g/m3 bis 50 g/m3 liegt.
[0014] Bei allen Ausführungsformen geht es um das Aufbringen einer Znenthaltenden (Schutz-)
Schicht auf ein Stahlflachprodukt, wobei die Schichtdicke dieser Schicht einer Solldicke
(gemäß einer entsprechenden Spezifikation) entsprechen soll. Diese Schicht wird erzeugt,
indem das Stahlflachprodukt durch ein Zink-Legierungsschmelzbad geführt und auf der
Ausgangsseite des Bades mittels einer Abstreifdüsenvorrichtung, die mindestens eine
Gasdüse umfasst, mit Gas abgeblasen wird.
[0015] Die Zink-Legierung des Zink-Legierungsschmelzbads kann bei allen Ausführungsformen
vorzugsweise die folgende Zusammensetzung aufweisen:
- einen Aluminium-Anteil, der im Bereich zwischen 1,0 und 3,0 Gewichtsprozent und vorzugsweise
im Bereich zwischen 1,3 und 2,8 Gewichtsprozent liegt,
- einen Magnesium-Anteil, der im Bereich zwischen 1,0 und 2,5 Gewichtsprozent und vorzugsweise
im Bereich zwischen 1,2 und 2,2 Gewichtsprozent liegt, und
- der Rest des Zink-Legierungsschmelzbads sind Zink und optional einem oder mehreren
aus Si, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, Zr, Sr, La, Ce oder Bi ausgewählten zusätzlichen Elementen,
wobei der gewichtsbezogene Gehalt jedes dieser zusätzlichen Elemente in der metallischen
Beschichtung weniger als 0,1 % beträgt, und unvermeidbare Verunreinigungen.
[0016] Die Zink-Legierung des Zink-Legierungsschmelzbads kann bei allen Ausführungsformen
vorzugsweise die folgende Zusammensetzung aufweisen:
- einen Aluminium-Anteil, der weniger als 1,0 Gewichtsprozent und vorzugsweise im Bereich
zwischen 0,1 und 0,5 Gewichtsprozent liegt, und
- der Rest des Zink-Legierungsschmelzbads sind Zink und unvermeidbare Verunreinigungen.
[0017] Die Vorrichtung zeichnet sich bei allen oder bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen
dadurch aus, dass diese vor dem Auftragen und Abblasen der Schicht eingerichtet oder
vorbereitet werden kann, um ein Stahlflachprodukt gemäß Spezifikation mit der ZnAlMg-Schicht
oder der ZnAl-Schicht erzeugen und beschichten zu können.
[0018] Beim Einrichten/Vorbereiten der Vorrichtung werden einer oder mehrere der folgenden
Anlagenparameter und/oder Verfahrensparameter festgelegt:
- Badtemperatur des Legierungsschmelzbades, und/oder
- Dicke des Düsenlippenspalts, und/oder
- Abstands zwischen dem Düsenlippenspalt und der Vorder- bzw. Rückseite des Stahlflachprodukts,
- Bandbreite des Stahlflachproduktes,
- Bandgeschwindigkeit, mit der das Stahlflachprodukt entlang der Abstreifdüsenvorrichtung
bewegt wird,
- Durchflussmenge des Gases, das durch den Düsenlippenspalt in Richtung der Vorder-
bzw. Rückseite abgegeben wird.
[0019] Vorzugsweise gelten für die Anlagenparameter und/oder Verfahrensparameter bei allen
Ausführungsformen die folgenden Definitionen:
- die Dicke des Düsenlippenspalts liegt in einem Bereich zwischen 0,5 und 5 mm, vorzugsweise
zwischen 0,6 und 2 mm, besonders vorzugsweise zwischen 0,8 und 1,5 mm und/oder
- die über die Bandbreite wirksame Durchflussmenge (D) im Bereich von 200 bis 8000 Nm3 pro Stunde beträgt, und/oder
- der Abstand zwischen dem Düsenlippenspalt und der Vorder- bzw. Rückseite des Stahlflachprodukts
liegt in einem Bereich zwischen 2 und 15 mm, vorzugsweise zwischen 3 und 12 mm, und/oder
- die Bandgeschwindigkeit liegt in einem Bereich zwischen 50 und 200 m/min, vorzugsweise
zwischen 70 und 150 m/min.
[0020] Durch den/die Anlagenparameter und Verfahrensparameter wird eine sogenannte Abstreifwirkzahl
AWZ definiert, die während des Aufbringens der Schicht im Wesentlichen konstant ist
(solange sich die entsprechenden Parameter nicht ändern). Kleinere Variationen der
Abstreifwirkzahl AWZ sind jedoch möglich.
[0021] Alle Ausführungsformen können eine der folgenden Sensorkonstellationen aufweisen:
- mindestens ein Sensor zum Ermitteln der absoluten lokalen Feuchtigkeit innerhalb des
Nahbereichs der Vorrichtung, oder
- mindestens ein Sensor zum Ermitteln der absoluten lokalen Feuchtigkeit in der Umgebung
der Vorrichtung, oder
- mindestens ein Sensor zum Ermitteln der absoluten lokalen Feuchtigkeit innerhalb des
Nahbereichs der Vorrichtung und mindestens ein Sensor zum Ermitteln der absoluten
lokalen Feuchtigkeit in der Umgebung der Vorrichtung.
[0022] Das Verfahren zeichnet sich bei allen oder bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen
dadurch aus, dass die ZnAlMg-Schicht oder die ZnAl-Schicht gemäß einer Sollspezifikation
auf mindestens eine Seite eines Stahlflachprodukts aufgebracht wird, indem das Stahlflachprodukt
durch ein Zink-Legierungsschmelzbad (ZnAI; ZnAlMg) bewegt und auf dessen Ausgangsseite
Abstreifgas durch einen Düsenlippenspalt mindestens einer Gasdüse in Richtung des
Stahlflachproduktes austritt, um die Schicht gemäß Sollspezifikation abzublasen, wobei
durch die folgenden Parameter eine Abstreifwirkzahl AWZ definiert ist, die während
des Aufbringens der Schicht im Wesentlichen konstant gehalten wird:
- d
- Dicke des Düsenlippenspalts der Gasdüse der Abstreifdüsenvorrichtung,
- D
- über die Bandbreite wirksame Durchfluss(menge) des Gases pro Seite des Stahlflachprodukts
in Nm3/h,
- w
- Bandbreite des Stahlfachproduktes in mm,
- 2b
- Halbwertsbreite der Druckverteilung des Gases am Stahlfachprodukt in mm,
- v
- Bandgeschwindigkeit in m/min, mit der das Stahlfachprodukt entlang der Abstreifdüsenvorrichtung
bewegt wird,
wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- Ermitteln der absoluten lokalen Feuchtigkeit in einer kontrollierten Wasserdampfatmosphäre
in einem Nahbereich an der Vorder- und/oder Rückseite des Stahlflachprodukts und/oder
der Umgebungsluftfeuchte fUG vor dem Durchführen des Verfahrens und/oder während der Durchführung des Verfahrens,
- In Bezug setzen der ermittelten Feuchtigkeit (die z.B. als absolute Feuchtigkeit ermittelt
wurde) mit der Abstreifwirkzahl AWZ, um festzustellen, ob die Bedingung f > AWZ oder fUG > AWZ erfüllt ist,
- falls die Bedingung erfüllt ist, Initialisieren oder Fortsetzen des Verfahrens zum
Aufbringen der Schicht, oder falls die Bedingung nicht erfüllt ist, Erhöhen der absoluten
lokalen Luftfeuchtigkeit in der kontrollierten Wasserdampfatmosphäre im Nahbereich
durch den Einsatz einer Wasserdampfvorrichtung, die dazu ausgelegt ist gasförmigen
Wasserdampf abzugeben, um so die Erfüllung der Bedingung f > AWZ im Nahbereich zu erreichen, um dann das Verfahren zum Aufbringen der Schicht
zu initialisieren oder fortzusetzen.
[0023] Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen wird die Abstreifwirkzahl wie folgt
definiert:

[0024] Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen wird die Abstreifwirkzahl wie folgt
definiert:

[0025] Es gilt dabei jeweils:
- d
- ist die Dicke eines Düsenlippenspalts einer Gasdüse der Abstreifdüsenvorrichtung
- D
- über die Bandbreite wirksame Durchfluss(menge) des Gases pro Seite des Stahlflachprodukts
- k
- ist ein einheitenloser Proportionalitätsfaktor
- w
- ist die Bandbreite des Stahlfachproduktes
- 2b
- ist die Halbwertsbreite der Druckverteilung des Gases am Stahlfachprodukt
- v
- ist die Bandgeschwindigkeit, mit der das Stahlfachprodukt entlang der Abstreifdüsenvorrichtung
bewegt wird.
[0026] Bei der Ermittlung der Werte für die halbe Halbwertsbreite und den Proportionalitätsfaktor
unter der Verwendung des Verhältnisses des Abstands zur Dicke des Düsenlippenspalts
gelten dabei folgende Definitionen:
Fall 1.1:

und k = 1
Fall 1.2:

Fall 1.3:

und

[0027] Um eine Marmorierung und/oder die Bildung von Zahnstocher-Fehlern der zu produzierenden
ZnAlMg-Schicht oder ZnAl-Schicht zu verhindern, wird bei mindestens einem Teil der
Ausführungsformen die absolute lokale Feuchtigkeit
f im Nahbereich der kontrollierten Wasserdampfatmosphäre ermittelt. Vorzugsweise wird
das Ermitteln der absoluten lokalen Feuchtigkeit
f der kontrollierten Wasserdampfatmosphäre bei allen Ausführungsformen innerhalb eines
vordefinierten, virtuellen Zylindervolumens vorgenommen, das das Stahlflachprodukt
im Bereich der mindestens einen Gasdüse umgibt oder umschließt. Dieses vordefinierte,
virtuelle Zylindervolumen definiert in diesem Fall den Nahbereich. Da es nahe an der
Vorder- und Rückseite des Stahlflachproduktes zu einer Durchmischung der Gase kommt,
wird bei der Definition des virtuellen Zylindervolumens ein Bereich parallel zu der
Vorder- und Rückseite des Stahlflachproduktes ausgenommen. Vorzugsweise wird das virtuelle
Zylindervolumen zu diesem Zweck durch zwei Ebenen begrenzt, die je einen Abstand s/2
zum Stahlflachprodukt haben.
[0028] Falls die ermittelte Umgebungsfeuchte
fUG größer ist als die Abstreifwirkzahl (das heißt, falls
fUG > AWZ), so kann die Schicht ohne Marmorierung oder ohne die Bildung von Zahnstocher-Fehlern
produziert werden. Falls die ermittelte Umgebungsfeuchte
fUG momentan kleiner sein sollte ist als die Abstreifwirkzahl (das heißt, falls
fUG < AWZ), so wird die absolute lokale Feuchtigkeit
f innerhalb der kontrollierten Wasserdampfatmosphäre gezielt erhöht, bis die absolute
lokale Feuchtigkeit f im Nahbereich größer ist als die Abstreifwirkzahl (
f >
fUG und
f > AWZ). Erst dann wird eine Schicht ohne Marmorierung oder ohne die Bildung von Zahnstocher-Fehlern
produziert.
[0029] Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen wird die absolute lokale Feuchtigkeit
f der kontrollierten Wasserdampfatmosphäre durch den Einsatz der Wasserdampfvorrichtung
erzeugt. Das heißt, die Wasserdampfvorrichtung ist dazu ausgelegt die absolute lokale
Feuchtigkeit
f innerhalb der kontrollierten Wasserdampfatmosphäre, das heißt im Nahbereich, gezielt
zu erhöhen.
[0030] Bei allen Ausführungsformen ist die kontrollierte Wasserdampfatmosphäre in einem
Nahbereich der Wasserdampfvorrichtung definiert, bzw. die kontrollierte Wasserdampfatmosphäre
wird in einem Nahbereich der Wasserdampfvorrichtung bereitgestellt. Dieser Nahbereich
kann bei allen Ausführungsformen durch ein vordefiniertes, virtuelles Zylindervolumen
definiert sein, das sich beidseits des Stahlflachprodukts erstreckt und das auch die
mindestens eine Gasdüse umgibt oder umschliesst. Dieses Volumen kann bei allen Ausführungsformen
optional aber auch durch ein Gehäuse oder eine Einhausung definiert sein, die das
Stahlflachprodukt beidseits umgibt. Falls ein Gehäuse oder eine Einhausung zum Einsatz
kommt, wird der so definierte Innenbereich als Nahbereich bezeichnet.
[0031] Der Nahbereich der Wasserdampfvorrichtung umfasst bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen
ein Volumen in einem Bereich von 1 m
3 bis 10 m
3 und vorzugsweise ein Volumen von mindestens als 2 m
3, wobei beim Ermitteln (durch direkte oder indirekte Messung) der absoluten lokalen
Feuchtigkeit innerhalb des Nahbereichs zu berücksichtigen ist, dass es unmittelbar
am Stahlflachprodukt wegen einer Durchmischung des gasförmigen Wasserdampfs mit dem
Abstreifgas trockener sein kann als in weiter vom Stahlflachprodukt beabstandeten
Bereichen.
[0032] Die absolute lokale Feuchtigkeit wird bei allen Ausführungsformen vorzugsweise in
einem Nahbereich der Wasserdampfvorrichtung gezielt erhöht (falls die Umgebungsfeuchte
fUG kleiner sein sollte als AWZ), wobei die Überwachung oder Kontrolle der momentanen
absolute lokale Feuchtigkeit mittels direkter oder indirekter Messung in einem Abstand
von mehr als 20 cm vom Stahlflachprodukt erfolgt, um den deutlich trockeneren Bereich
zu vermeiden.
[0033] Die Vorrichtung oder das Abstreifdüsensystem kann bei allen Ausführungsformen eine
automatische Auflagenregelung umfassen, die dazu ausgelegt ist, die Durchflussmenge
des (Abstreif-)Gases automatisch anzupassen, um die Solldicke der aufzubringenden
Schicht im Wesentlichen konstant zu halten. Die automatische Auflagenregelung ist
vorzugsweise so ausgelegt, dass sie in der Lage ist Schwankungen von einem oder mehreren
Anlagenparametern und Verfahrensparameter auszugleichen.
[0034] Der Aluminium-Anteil (in Gewichtsprozent) kann bei allen Ausführungsformen, die ein
ZnAlMg-Legierungsschmelzbad einsetzen, gleich dem oder größer als der Magnesium-Anteil
(in Gewichtsprozent) sein.
[0035] Bei allen Ausführungsformen oder mindestens einem Teil der Ausführungsformen liegen
die unvermeidbare Verunreinigungen in einem Bereich, der deutlich kleiner ist als
1 Gewichtsprozent (Gew.%), vorzugsweise ist die Summe aller unvermeidbaren Verunreinigungen
kleiner als 0,5 Gewichtsprozent.
[0036] Die Kombination aus einer genau definierten Badzusammensetzung, aus einer Überwachung
oder Beobachtung der Umgebungsfeuchte
fUG und optional auch der momentanen absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit
f im Nahbereich der Wasserdampfvorrichtung und einer gezielten Anpassung der absoluten
lokalen Luftfeuchtigkeit
f im Nahbereich der Wasserdampfvorrichtung kann eine Oberfläche erzeugt werden, die
keine oder eine vernachlässigbar geringe Marmorierung und keine oder vernachlässigbar
geringe Zahnstocher-Fehler zeigt. Während der Produktion einer entsprechenden Schicht
wird der Abstreifwirkzahl AWZ im Wesentlichen konstant gehalten, um eine gleichbleibende
Schicht (die innerhalb der vorgegebenen Spezifikation liegt) zu erhalten.
[0037] Die Werte der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit
f, die gemäß Erfindung in der Nähe des Stahlflachproduktes in dem Nahbereich vorliegen
sollen, liegen bei allen Ausführungsformen im Bereich von 1 g/Nm
3 bis 300 g/Nm
3, vorzugsweise im Bereich von 2,71 g/Nm
3 bis 50 g/Nm
3, das heißt die Vorrichtung kann bei einer absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit
f, die im genannten Wertebereich liegt, zuverlässig betrieben werden.
[0038] Nach der Abstreifdüsenvorrichtung kann bei allen Ausführungsformen optional auch
eine Bandstabilisierungseinrichtung folgen, die zum automatisieren Stabilisieren der
Bewegung des Stahlflachprodukts dient.
[0039] Die Vorrichtung wird bei allen Ausführungsformen vorzugsweise in dem/den folgenden
Bereichen betrieben:
- Legierungsschmelzbad mit einer Badtemperatur TB im Bereich 400 < TB < 480 Grad Celsius,
vorzugsweise im Bereich 409 < TB < 473 Grad Celsius, und besonders vorzugsweise im
Bereich 420 < TB < 460 Grad Celsius,
- Düsenabstand gegenüber dem Stahlflachprodukt, der zwischen 2 und 15 mm, vorzugsweise
zwischen 3 und 12 mm, beträgt,
- Abblasen des Stahlflachproduktes auf der Ausgangsseite des Legierungsschmelzbades
mit dem (Abstreif-)Gas, das durch den Düsenlippenspalt in Richtung des Stahlflachproduktes
mit einer Gas-Durchflussmenge strömt, die je Meter Bandbreite im Bereich von 200 bis
8000 Nm3 pro Stunde beträgt.
[0040] Die Festschreibung der oben definierten ZnAI- und ZnAlMg-Legierungskonzepte ergibt
sich aus zahleichen Untersuchungen und Berechnungen. Innerhalb der angegebenen Grenzen
der hier definierten Legierungskonzepte hat sich die hier präsentierte technische
Lehre besonders bewährt.
[0041] Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen wird die Umgebungsfeuchte
fUG permanent gemessen.
[0042] Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen wird die Umgebungsfeuchte
fUG von Zeit zu Zeit gemessen.
[0043] Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen wird die absolute lokale Luftfeuchtigkeit
f im Nahbereich permanent gemessen.
[0044] Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen wird die absolute lokale Luftfeuchtigkeit
f im Nahbereich von Zeit zu Zeit gemessen.
[0045] Vorzugsweise wird die Vorrichtung bei allen Ausführungsformen mit einer Badtemperatur
TB
red betrieben, die im Bereich 420 < TB
red < 460 Grad Celsius liegt. In diesem Bereich kann zusätzlich die Bildung von Schlacke
verringert werden.
[0046] Anhand konkreter Versuche konnte belegt werden, dass das hier beschriebene Verfahren
in der Tat zu sehr guten Ergebnissen führt. Es hat sich gezeigt, dass durch eine gezielte
(Vor-)Einstellung des Abstreifprozesses (respektive der entsprechenden Abstreifwirkzahl
AWZ) hervorragende Ergebnisse erzielt werden können, solange die absolute lokale Luftfeuchtigkeit
f im Nahbereich größer eingestellt ist bzw. vorgegeben wird als die Abstreifwirkzahl
AWZ.
[0047] Die Entwicklung des neuen Verfahrens und der gezielten Anpassung der absoluten Luftfeuchtigkeit
f im Nahbereich an die (Verfahrens- und Anlagen-) Parameter (respektive an die entsprechende
Abstreifwirkzahl AWZ) geht zurück auf theoretische Betrachtungen, diverse Simulationen
von Abstreifvorgängen und auf zahlreiche Versuche.
[0048] Die Vorgänge im Bereich der Abstreifdüsenvorrichtung und am Stahlflachprodukt sind
hochkomplex und hängen von zahlreichen (Verfahrens- und Anlagen-) Parametern und Einflussgrößen
(respektive der entsprechenden Abstreifwirkzahl) ab. Daher setzt die Vorrichtung auf
einige vereinfachte Annahmen und Festlegungen, um reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten.
[0049] Durch eine gezielte Erhöhung der absoluten lokalen Feuchtigkeit
f innerhalb der kontrollierten Wasserdampfatmosphäre (Nahbereich genannt) werden für
die Definition bzw. Festlegung der Verfahrens- und Anlagenparameter zusätzliche Freiheitsgrade
gewonnen.
[0050] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegenstände der abhängigen
Ansprüche.
ZEICHNUNGEN
[0051] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
näher beschrieben.
- FIG. 1
- zeigt eine stark schematisierte Darstellung einer bekannten Vorrichtung zum Tauchbeschichten
und Abstreifen von Stahlflachprodukten (Stand der Technik);
- FIG. 2A
- zeigt eine stark schematisierte Darstellung einer ersten beispielhaften Vorrichtung,
in der das Verfahren der Erfindung zum Einsatz kommt;
- FIG. 2B
- zeigt eine stark schematisierte Darstellung, die zur Definition des virtuellen Zylindervolumens
dient;
- FIG. 3A
- zeigt eine stark schematisierte Seitenansicht einer Abstreifdüsenvorrichtung mit nur
einer Düse und zwei Düsen der Wasserdampfvorrichtung, um einige der hier relevanten
Verfahrens- und Anlagenparameter definieren zu können (diese Darstellung ist nicht
maßstabsgetreu);
- FIG. 3B
- zeigt eine schematische Darstellung des Druckverlaufs P an der Oberfläche der Beschichtungbezogen
auf eine Position auf der x-Achse;
- FIG. 3C
- zeigt eine schematische Darstellung des Scherkraftverlaufs τ an der Oberfläche der
Beschichtung bezogen auf eine Position auf der x-Achse;
- FIG. 4
- zeigt eine zusammenfassende grafische Darstellung mehrerer beispielhafter Versuche,
wobei auf der Ordinatenachse die absolute Luftfeuchtigkeit f und auf der Abszisse die Abstreifwirkzahl AWZ aufgetragen sind;
- FIG. 5
- zeigt eine stark schematisierte Schnittdarstellung einer weiteren Vorrichtung der
Erfindung, in der das Verfahren der Erfindung zum Einsatz kommt;
- FIG. 6A
- zeigt eine stark schematisierte Darstellung einer Bandseite eines Stahlflachprodukts,
das keine Marmorierung aufweist;
- FIG. 6B
- zeigt eine stark schematisierte Darstellung einer Bandseite eines Stahlflachprodukts,
das eine mittlere Marmorierung aufweist;
- FIG. 6C
- zeigt eine stark schematisierte Darstellung einer Bandseite eines Stahlflachprodukts,
das eine starke Marmorierung aufweist;
- FIG. 7
- zeigt eine Tabelle mit beispielhafte Versuchsergebnissen des hier beschriebenen Verfahrens;
- FIG. 8
- zeigt beispielhafte Schritte des hier beschriebenen Verfahrens.
Detaillierte Beschreibung
[0052] Es geht hier um eine Vorrichtung 150 (siehe beispielsweise Fig. 2A) zum Aufbringen
einer Schicht 10 auf ein bandförmiges Stahlflachprodukt 100 (siehe Fig. 2B, wo beidseitig
je eine Schicht 10 andeutungsweise zu erkennen ist). Diese Schicht 10 wird erzeugt,
indem das Stahlflachprodukt 100 von einer Eingangsseite E zu einer Ausgangsseite A
durch ein Zink-Schmelzbad 11 geführt und auf der Ausgangsseite A mittels einer Abstreifdüsenvorrichtung
14 mit (Abstreif-)Gas G abgeblasen wird. Beispielhafte Vorrichtungen sind in den Figuren
2A, 3A und 5 gezeigt. Zweck der Abstreifdüsenvorrichtung 14 ist es, die überschüssige
(noch flüssige) ZnMgAl-Schicht oder ZnAl-Schicht (Schicht 10) auf dem Stahlflachprodukt
100 nach Austritt aus dem Bad 11 abzustreifen.
[0053] Im Rahmen der Erfindung ist darauf zu achten, dass die Schicht 10 gemäß (vorgegebener)
Spezifikation (die Spezifikation definiert z.B. die Solldicke) erzeugt wird, und dass
keine Marmorierung und/oder keine Zahnstocher-Fehler auftreten/auftritt. Es geht genauer
ausgedrückt um die Vermeidung dieser «Fehler» bei sich im Produktionsbereich (z.B.
in der Fertigungshalle) ändernden Umgebungsbedingungen. Auch wenn sich in der Umgebung
der Vorrichtung 150 die Umgebungsluftfeuchte
fUG ändern sollte, wird durch die Vorrichtung 150 gemäß Erfindung sichergestellt, dass
keine Marmorierung und/oder Zahnstocher-Fehler auftreten/auftritt und dass die Schicht
10 weiterhin gemäß Spezifikation produziert wird.
[0054] Die Spezifikation kann bei allen Ausführungsformen beispielweise die Solldicke der
Schicht 10 und/oder die Soll(Flächen-)Auflage der Schicht 10 vorgeben. Typischerweise
gibt es zu der Solldicke einen eng vorgegebenen Toleranzbereich. Solange die zu erzeugende
Schicht 10 innerhalb des/der Toleranzbereichs/e liegt, erfüllt die Schicht 10 im Wesentlichen
die Vorgaben der Spezifikation.
[0055] Die Vorrichtung 150 wird bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen so betrieben
und kontrolliert, dass die Schicht 10 je Bandseite des Stahlflachprodukts 100 eine
Solldicke aufweist, die innerhalb des Toleranzfensters der Spezifikation liegt. Vorzugsweise
liegt die Solldicke der Schicht 10 je Bandseite bei allen Ausführungsformen im Bereich
3 bis 30 µm, und besonders vorzugsweise im Bereich 4,5 bis 15 µm.
[0056] Vorzugsweise liegt die Sollflächenauflage (Auflage pro Bandseite) bei mindestens
einem Teil der Ausführungsformen im Bereich von 20 bis 200 g/m
2 und besonders vorzugsweise im Bereich von 30 bis 100 g/m
2.
[0057] Die Vorgänge im Bereich der Abstreifdüsenvorrichtung 14 und am Stahlflachprodukt
100 sind hochkomplex und hängen von zahlreichen Parametern und Einflussgrößen ab.
[0058] Die Abstreifdüsenvorrichtung 14 umfasst bei allen Ausführungsformen mindestens eine
Gasdüse 15 (falls nur eine Bandseite abgeblasen werden soll), oder zwei Gasdüsen 15,
die einander gegenüberstehen (falls beide Bandseiten abgeblasen werden sollen). In
den Figuren 2A und 5 sind Ausführungsformen mit zwei Düsen 15 und in Fig. 3A ist eine
Ausführungsform mit nur einer Düse 15 gezeigt. Die Durchflussmenge D des (Abstreif-)Gases
G, das durch den Düsenlippenspalt 17 in Richtung der Vorder- bzw. Rückseite abgegeben
wird, wird hier in Nm
3 angegeben. (Nm
3 steht für Normkubikmeter). Ein Normkubikmeter ist die Menge eines Gases G, die in
einem Volumen von einem Kubikmeter enthalten ist. Dies gilt bei einer Temperatur von
0 Grad Celsius und einem Druck von 1,01325 bar.
[0059] Um eine ZnAlMg-basierte Schicht 10 zuverlässig aufbringen zu können, die im Wesentlichen
der Solldicke entspricht, weist die Zink-Legierung des Zink-Legierungsschmelzbads
11 bei allen oder bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen die folgende Zusammensetzung
auf:
- einen Aluminium-Anteil, der im Bereich zwischen 1,0 und 3,0 Gewichtsprozent und vorzugsweise
im Bereich zwischen 1,3 und 2,8 Gewichtsprozent liegt,
- einen Magnesium-Anteil, der im Bereich zwischen 1,0 und 2,5 Gewichtsprozent und vorzugsweise
im Bereich zwischen 1,2 und 2,2 Gewichtsprozent liegt, und
- der Rest des Zink-Legierungsschmelzbads 11 sind Zink und optional einem oder mehreren
aus Si, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, Zr, Sr, La, Ce oder Bi ausgewählten zusätzlichen Elementen,
wobei der gewichtsbezogene Gehalt jedes dieser zusätzlichen Elemente in der metallischen
Beschichtung (das heißt in der Schicht 10) weniger als 0,1 % beträgt, und unvermeidbare
Verunreinigungen.
[0060] Bei allen Ausführungsformen oder mindestens einem Teil der Ausführungsformen, die
eine ZnAlMg-basierte Schicht 10 betreffen, wird als Legierungsschmelzbad 11 ein metallisches
Bad mit einer besonders bevorzugten ZnAlMg-Legierung vorgelegt, die sich nach dem
folgenden Legierungskonzept zusammensetzt:
- der Aluminium-Anteil (in Gewichtsprozent) liegt im Bereich zwischen 2,09 und 2,66
Gewichtsprozent;
- der Magnesium-Anteil (in Gewichtsprozent) liegt im Bereich zwischen 1,45 und 2,24
Gewichtsprozent;
- der Aluminium-Anteil (in Gewichtsprozent) ist größer als der Magnesium-Anteil (in
Gewichtsprozent);
- der Rest sind Zink und optional einem oder mehreren aus Si, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn,
Zr, Sr, La, Ce oder Bi ausgewählten zusätzlichen Elementen, wobei der gewichtsbezogene
Gehalt jedes dieser zusätzlichen Elemente in der metallischen Beschichtung (das heißt
in der Schicht 10) weniger als 0,1 % beträgt, und unvermeidbare Verunreinigungen.
[0061] Um eine ZnAl-basierte Schicht 10 zuverlässig aufbringen zu können, die im Wesentlichen
der Solldicke entspricht, weist die Zink-Legierung des Zink-Legierungsschmelzbads
11 bei allen oder bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen die folgende Zusammensetzung
auf:
- einen Aluminium-Anteil, der weniger als 1,0 Gewichtsprozent und vorzugsweise im Bereich
zwischen 0,1 und 0,5 Gewichtsprozent liegt, und
- der Rest des Zink-Legierungsschmelzbads sind Zink und unvermeidbare Verunreinigungen.
[0062] Um die Bildung der Marmorierung und/oder Zahnstocher-Fehler zu verhindern oder die
Marmorierung und Zahnstocher-Fehler deutlich zu reduzieren, wird vorzugsweise bei
allen Ausführungsformen kontinuierlich oder von Zeit zu Zeit die absolute lokale Luftfeuchtigkeit
f im Nahbereich NB und/oder die Umgebungsluftfeuchtigkeit
fUG ermittelt (z.B. durch direkte oder indirekte Messung).
[0063] Die Vorrichtung 150 umfasst bei allen Ausführungsformen eine Wasserdampfvorrichtung
50 (siehe Fig. 2A und 5), die noch im Detail beschrieben wird. Diese Wasserdampfvorrichtung
50 befindet sich vorzugsweise bei allen Ausführungsformen im Bereich der Ausgangsseite
A des Bades 11.
[0064] Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen wird die absolute lokale Luftfeuchtigkeit
f im Nahbereich NB (siehe Fig. 2A, 5) der Wasserdampfvorrichtung 50 gezielt eingestellt
(erhöht). In Fig. 2A und 5 umfassen die entsprechenden Vorrichtungen 150 Feuchtesensoren
51, die im Nahbereich NB angeordnet sind, oder die in den Nahbereich NB hineinragen,
um die absolute lokale Luftfeuchtigkeit
f im Nahbereich NB kontinuierlich oder von Zeit zu Zeit kontrollieren zu können. Die
Kontrolle der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit
f im Nahbereich NB ermöglicht eine gezielte Regelung der Luftfeuchtigkeit
f im Nahbereich NB.
[0065] Der/die Feuchtesensoren 51 zur Ermittlung der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit
f können bei allen Ausführungsformen aber auch an einer anderen Stelle der Vorrichtung
150 angeordnet sein.
[0066] Die Vorrichtung 150 kann bei allen Ausführungsformen mindestens einen Feuchtesensor
56 zur Ermittlung der Umgebungsluftfeuchtigkeit
fUG umfassen, wie in Fig. 2A und Fig. 5 rechts oben gezeigt.
[0067] Als absolute Luftfeuchtigkeit
f wird eine physikalische Größe bezeichnet, die z.B. in der Einheit g/m
3 ausgedrückt werden kann. Das heißt, es handelt sich um den Massenanteil des gasförmigen
Wasserdampfs WG in einem normierten Volumenkörper, der ein Volumen von 1 m
3 hat. Anders ausgedrückt, gibt die absolute Luftfeuchtigkeit
f den Gehalt an gasförmigem Wasserdampf in einem Volumenkörper an.
f und
fUG werden hier als Formelzeichen für die absolute Luftfeuchtigkeit verwendet. Näherungsweise
kann die absolute Luftfeuchtigkeit
f und
fUG bei allen Ausführungsformen aus der Lufttemperatur TL und der relativen Luftfeuchtigkeit
r abgeschätzt werden, wobei gilt:
- r
- relative Luftfeuchtigkeit in %
- TL
- Lufttemperatur in °C.
[0068] Die Messung/Überwachung der absoluten lokalen Feuchtigkeit
f kann bei allen Ausführungsformen direkt oder indirekt (vorzugsweise innerhalb des
Nahbereich NB) vorgenommen werden. Als indirekte Messung wird hier unter anderem das
Messen der Lufttemperatur TL und der relativen Luftfeuchtigkeit
r und das Berechnen/Ableiten der absoluten lokalen Feuchtigkeit
f verstanden. Entsprechend kann auch die Umgebungsluftfeuchtigkeit
fUG bei allen Ausführungsformen durch das Messen der Lufttemperatur TL und der relativen
Luftfeuchtigkeit r der Umgebungsluft und das Berechnen/Ableiten der absoluten Umgebungslufteuchtigkeit
ermittelt werden.
[0069] Die Werte der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit
f, die gemäß Erfindung direkt in der Nähe des Stahlflachproduktes 100 in einem Nahbereich
NB zwischen der Ausgangsseite A und dem Kühlbereich 16 (falls vorhanden) vorliegen
sollen, liegen bei allen Ausführungsformen im Bereich 1 g/m
3 und kleiner als 300 g/m
3. Vorzugsweise liegt die absolute lokale Luftfeuchtigkeit
f bei allen Ausführungsformen im Bereich 2,71 g/m
3 bis 50 g/m
3.
[0070] Die Vorrichtung 150 ermöglicht das gezielte Anpassen/Einstellen der absoluten lokalen
Luftfeuchtigkeit
f im Nahbereich NB in einem Wertebereich von 1 g/m
3 bis 300 g/m
3.
[0071] Zu diesem Zweck kann die Vorrichtung 150 bei allen Ausführungsformen mindestens einen
Dampfgenerator DG im oder am Nahbereich NB umfassen. In Fig. 2A ist eine Ausführungsform
mit zwei Dampfgeneratoren DG gezeigt, die am oberen Rand des Nahbereichs NB nahe der
Vorder- und Rückseite des Stahlflachproduktes 100 platziert sind. In Fig. 5 ist eine
Ausführungsform mit vier Dampfgeneratoren DG gezeigt, die außerhalb des Nahbereichs
IB platziert sind und die über Gasleitungen 54 und Einlassbrücken 53 gasförmigen Wasserdampf
WG nahe der Vorder- und Rückseite des Stahlflachproduktes 100 in den Nahbereich NB
einbringen.
[0072] Vorzugsweise kommt/kommen bei allen Ausführungsformen ein oder mehrere Dampfgenerator/en
DG zum Einsatz, der/die als Reinstdampferzeuger ausgelegt ist/sind, der/die aus gereinigtem
oder hoch gereinigtem Wasser gasförmigen Wasserdampf WG erzeugen.
[0073] Vor dem Aufbringen der Schicht 10 auf ein Stahlflachprodukt 100 und dem Abblasen
der Schicht 10, wird die Vorrichtung 150 eingerichtet oder vorbereitet. Im Rahmen
des Einrichtens/Vorbereitens kann/können bei allen Ausführungsformen einer oder mehrere
der folgenden Anlagenparameter und/oder Verfahrensparameter festgelegt werden:
- Badtemperatur TB des Schmelzbades 11, und/oder
- Dicke d des Düsenlippenspalts 17, und/oder
- Düsenabstand Z zwischen dem Düsenlippenspalt 17 und der Vorder- bzw. Rückseite des
Stahlflachprodukts 100,
- Bandbreite w des Stahlfachproduktes 100,
- Bandgeschwindigkeit v, mit der das Stahlfachprodukt 100 durch die Abstreifdüsenvorrichtung 14 bewegt wird,
- Durchflussmenge D des (Abstreif-)Gases G, das durch den Düsenlippenspalt 17 in Richtung
der Vorder- bzw. Rückseite abgegeben wird.
[0074] Es wird bei allen Ausführungsformen darauf geachtet, dass die Anlagenparameter und/oder
Verfahrensparameter so vorgegeben werden, dass die aufzubringende Schicht 10 im Wesentlichen
der Spezifikation entspricht. Das heißt, es wird darauf geachtet, dass eine Schicht
10 aufgebracht und abgeblasen wird, die z.B. der Solldicke entspricht (innerhalb von
Toleranzen) und die gleichzeitig keine oder nur eine sehr geringe Marmorierung und
keine oder nur eine sehr geringe Zahnstocher-Fehler zeigt.
[0075] Die aktuelle Durchflussmenge D des Gases G kann bei allen Ausführungsformen in bekannter
Art und Weise automatisch (zum Beispiel regelungstechnisch durch eine automatische
Auflagenregelung) angepasst werden, um die Solldicke der aufzubringenden Schicht 10
im Wesentlichen konstant zu halten, falls sich einer oder mehrere der Anlagenparameter
und/oder Verfahrensparameter ändern sollten.
[0076] Die mathematischen Zusammenhänge, die hier beim Einrichten/Vorbereiten Anwendung
finden können, werden noch beschrieben. Es wird auch beschrieben, wie eine sogenannte
Abstreifwirkzahl AWZ durch die Verfahrens- und Anlagenparameter definiert werden kann.
[0077] Fig. 3A zeigt auch den Düsenabstand Z zwischen der Düse 15 und der entsprechenden
Bandseite (hier die Vorderseite) des Stahlflachprodukts 100, sowie die Dicke d des
Düsenlippenspalts 17. Der Düsenlippenspalt 17 dient als Gasaustrittsspalt der Abstreifdüsenvorrichtung
14.
[0078] Fig. 3A zeigt zusätzlich in rein schematischer Form die erfindungsgemäße Zufuhr von
gasförmigem Wasserdampf WG (durch zwei Blockpfeile rechts und links der Düse 15).
[0079] Anhand der Fig. 3A können die anpassbaren Parameter (Anlagen- und Verfahrensparameter),
respektive die Abstreifwirkzahl AWZ, definiert werden. Wichtige anpassbare Verfahrens-
und Anlagenparameter sind
- die Dicke d des Düsenlippenspalt 17,
- die Durchflussmenge D des Gases G,
- der Abstand Z zwischen dem Düsenlippenspalt 17 und der (Band-)Seite des Stahlflachprodukts
100,
- die Bandgeschwindigkeit v (parallel zur x-Achse verlaufend), mit der das Stahlflachprodukt
100 aus dem Zink-Legierungsschmelzbad 11 herausbewegt wird.
[0080] Fig. 3B zeigt eine schematische Darstellung des Gas-Druckverlaufs P, der sich entlang
der Vorderseite des Stahlflachprodukts 100 ergibt. Der Druck P hängt von der Position
auf der x-Achse ab. Der Druckverlauf P hat im Idealfall die Form einer Gausskurve,
wie in Fig. 3B angedeutet. An dieser Gausskurve kann die Halbwertsbreite bei dem Druck
P
S/2 ermittelt werden, wie gezeigt, wobei P
S den Maximaldruck darstellt. 2b ist die Halbwertsbreite in Millimetern. Ein schmaler
Gasstrahl ist durch eine kleine Halbwertsbreite 2b definiert. Je größer (weiter) der
Gasstrahl wird, desto größer wird die Halbwertsbreite 2b. Weitere Details können der
Publikation
«Wall Pressure and Shear Stress Measurements Beneath an Impinging Jet», C.V. Tu et
al., Experimental Thermal and Fluid Science 1996, 16, Seiten 364 - 373, Elsevier Science
Inc., entnommen werden.
[0081] Der Gasstrahl, der aus der Düse 14 austritt, übt zusammen mit der Schwerkraft (falls
das Stahlflachprodukt 100 senkrecht aus dem Bad 11 nach oben gezogen wird, wie z.B.
in Fig. 2A, und 5 gezeigt) eine Scherkraft τ auf die noch flüssige Schicht 10 aus.
Fig. 3C zeigt eine Darstellung der Scherkraft τ bezogen auf eine Position auf der
x-Achse (die Scherkraft τ wurde durch die negative erste Ableitung des Druckprofils
des Druckprofils der Fig. 3B ermittelt). Es handelt sich hier um die Scherkraft τ,
die auf die abzustreifende Schicht 10 einwirkt. Der Verlauf der Scherkraftkurve τ
ist in erster Näherung symmetrisch zum Punkt x=0, τ=0 (wenn man die Bandgeschwindigkeit
v parallel zur x-Achse vernachlässigt). Genau oberhalb der x=0 Position befindet sich
die Düse 15 im Abstand Z > 0. τ
max definiert die maximal an der abzustreifenden Schicht 10 auftretende Scherkraft.
[0082] Zwischen der Zeit t, in der das bandförmige Stahlflachprodukt 100 den Abstand
l zwischen den Scherkraftmaxima durchläuft (siehe Fig. 3C), der Bandgeschwindigkeit
v und der Halbwertsbreite 2b besteht ein direkter Zusammenhang, wie in Gleichung (1)
ausgedrückt:

[0083] Die Bandgeschwindigkeit
v liegt bei allen Ausführungsformen vorzugsweise im Bereich von 50 m/min bis 200 m/min
und besonders vorzugsweise zwischen 70 und 150 m/min.
[0084] Die Gleichungen, die das dynamische Strömungsverhalten das Gases G am Stahlflachprodukt
100 beschreiben, sind sehr komplex. Dies liegt unter anderem daran, dass sich im Gasstrahl,
der durch den Düsenlippenspalt 17 der Düse 15 austritt, an der Schicht 10 des Stahlflachproduktes
100 Bereiche mit laminarem und turbulentem Strömungsverlauf ausbilden. Außerdem saugt
der Gasstrahl Umgebungsluft an, die mit dem Gas G verwirbelt wird. Details können
z.B. der bereits genannten Publikation «Wall Pressure and Shear Stress Measurements
Beneath an Impinging Jet» entnommen werden. Zusätzlich zu der Umgebungsluft saugt
der Gasstrahl hier auch gasförmigen Wasserdampf WG an.
[0085] Aufwendige Versuche und statistische Auswertungen der gemessenen Ergebnisse haben
aufgrund der komplexen Zusammenhänge keine unmittelbar verwertbaren Ergebnisse in
Bezug auf einen Zusammenhang von Abstreifdüsenparametern, Luftfeuchtigkeit und der
Marmorierung geliefert. Erst nachdem systematisch verschiedene interne und externe
Einflussgrößen untersucht wurden, zeigte sich ein Zusammenhang zwischen dem Grad der
Marmorierung an der Schicht 10 und den Umgebungsbedingungen des Versuchsaufbaus. Insbesondere
die Luftfeuchtigkeit zeigt einen Einfluss auf die Marmorierung.
[0086] Weitere gezielte Untersuchungen und die grafische Aufarbeitung der Ergebnisse dieser
Versuche zeigten erstmals eine Korrelation zwischen der (Umgebungs-)Luftfeuchtigkeit
und der Marmorierung. Fig. 4 zeigt eine zusammenfassende grafische Darstellung mehrerer
Versuche, wobei auf der Ordinatenachse die absolute Luftfeuchtigkeit f in g/m
3 und auf der Abszisse die Abstreifwirkzahl AWZ (als Zusammenfassung bzw. Oberbegriff
für die Verfahrens- und Vorrichtungsparameter) aufgetragen wurden.
[0087] Durch eine Gewichtung und Addition der beiden Größen τ
max und t (siehe auch Fig. 3C und Gleichung (1)) kann die Abstreifwirkzahl AWZ, die direkt
mit der absoluten Umgebungsluftfeuchtigkeit
fUG verglichen werden kann, wie folgt bestimmt werden (Ungleichung (2.1)):

[0088] Die rechte Seite der Ungleichung (2.1) entspricht der Abstreifwirkzahl AWZ, das heißt,
es gilt der folgende Zusammenhang (2.2):

[0089] Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen wird die Abstreifwirkzahl wie folgt
definiert:

[0090] Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen wird die Abstreifwirkzahl wie folgt
definiert:

[0091] Es gilt dabei jeweils:
- d
- ist die Dicke eines Düsenlippenspalts 17 einer Gasdüse 15 der Abstreifdüsenvorrichtung
14
- D
- über die Bandbreite w wirksame Durchfluss(menge) des Gases G pro Seite des Stahlflachprodukts
100
- k
- ist ein einheitenloser Proportionalitätsfaktor
- w
- ist die Bandbreite des Stahlfachproduktes 100
- 2b
- ist die Halbwertsbreite der Druckverteilung des Gases G am Stahlfachprodukt 100
- v
- ist die Bandgeschwindigkeit, mit der das Stahlfachprodukt 100 entlang der Abstreifdüsenvorrichtung
14 bewegt wird.
[0092] Bei der Ermittlung der Werte für die halbe Halbwertsbreite b und den Proportionalitätsfaktor
k unter der Verwendung des Verhältnisses des Düsenabstands Z zur Dicke d des Düsenlippenspalts
17 gelten dabei folgende Definitionen (wobei drei Fälle 1.1, 1.2 und 1.3 unterschieden
werden):
Fall 1.1:

und k = 1
Fall 1.2:

Fall 1.3:

und

[0093] Im Folgenden wird auf Fig. 4 Bezug genommen. Die schwarz gefüllten Kreise der Fig.
4 stehen für Stahlflachprodukte 100, bei denen sich an der Oberfläche der Schicht
10 deutlich sichtbar eine Marmorierung gebildet hat und der grau gefüllte Kreis steht
für ein Stahlflachprodukte 100, bei dem sich eine mittlere Marmorierung gebildet hat.
Die nicht gefüllten Kreise hingegen stehen für keine oder für eine vernachlässigbar
geringe Marmorierung. Alle gezeigten Versuche wurden mit einer Dicke des Düsenlippenspalts
d=1,0 mm durchgeführt.
[0094] Insgesamt sind in Fig. 4 fünf Versuchspaare (Beispiele 1 - 5) dargestellt. Die entsprechenden
Verfahrens- und Anlagenparameter sowie die Abstreifwirkzahl AWZ und die absolute Luftfeuchtigkeit
f, die im Nahbereich NB gemessen wurde, sind in der Tabelle 1 aufgelistet. Die Tabelle
1 ist als Fig. 7 dargestellt. Die drittletzte Spalte der Tabelle 1 gibt an, ob die
Wasserdampfvorrichtung 50 zugeschaltet wurde, um die lokale Luftfeuchtigkeit zu erhöhen.
Schwarze, graue und weiße Kreise werden in Tabelle 1 in Übereinstimmung mit Fig. 4
verwendet. Die vorletzte Spalte gibt in Textform an, ob eine starke Marmorierung,
eine mittlere Marmorierung oder keine Marmorierung vorlag und die letzte Spalte ganz
rechts in Tabelle 1 zeigt an, ob die Bedingung der Ungleichung
f > AWZ erfüllt war.
[0095] Es wurde in die Grafik der Fig. 4 eine Gerade Ge als Trennlinie eingefügt, um in
einer ersten Näherung diejenigen Versuche mit Marmorierung von den Versuchen zu trennen,
die keine oder nur eine vernachlässigbar geringe Marmorierung zeigen. Bei den Versuchen,
die oberhalb der Geraden Ge liegen, trat keine oder nur eine vernachlässigbar geringe
Marmorierung auf (ein entsprechendes Stahlflachprodukt 100 mit einer Schicht 10 ohne
Marmorierung ist in Fig. 6A gezeigt). Die Gerade Ge kann als Funktion der Abstreifwirkzahl
AWZ verstanden werden und ist folgendermaßen definiert:
f = AWZ
[0096] Eine detaillierte Auswertung der Versuchsergebnisse zeigt, dass für eine vorgegebene
Abstreifwirkzahl AWZ durch das gezielte Erhöhen der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit
f im Nahbereich NB sichergestellt werden kann, dass die Ungleichung (2.2) während der
Produktion stets erfüllt ist.
[0097] Vorzugsweise liegt die Badtemperatur TB des Legierungsschmelzbades 11 bei allen Ausführungsformen
im Bereich 400 < TB < 480 Grad Celsius, vorzugsweise im Bereich 409 < TB < 473 Grad
Celsius, und besonders vorzugsweise im Bereich 420 < TB < 460 Grad Celsius.
[0098] Für das Betreiben des Schmelzbades 11 wird bei allen Ausführungsformen eine Badtemperatur
TB im dem angegebenen Temperaturbereich vorgegeben. Das Einhalten dieses Temperaturfensters
(Temperaturbereichs) ist wichtig, da sich vermehrt unerwünschte Schlacke am Stahlflachprodukt
100 bilden kann, wenn man oberhalb des genannten Bereichs arbeitet.
[0099] Die Badtemperatur TB kann bei allen Ausführungsformen beispielsweise mittels einer
Induktivheizvorrichtung 30 (siehe Fig. 2A und 5) oder einer Widerstandsheizung vorgegeben
werden.
[0100] Zum Vermeiden der Schlackebildung wird das Legierungsschmelzbad 11 vorzugsweise bei
allen Ausführungsformen mit einer reduzierten Badtemperatur TB
red betrieben. Die reduzierte Badtemperatur TB
red liegt vorzugsweise in dem bereits erwähnten Bereich 420 < TB
red < 460 Grad Celsius.
[0101] Die Badtemperatur TB ist ein wichtiger Parameter und kann vorzugsweise bei allen
Ausführungsformen relativ frei innerhalb der genannten Temperaturgrenzen eingestellt/vorgegeben
werden, falls gleichzeitig andere Verfahrens- und Anlagenparameter so angepasst werden,
dass AWZ im Wesentlichen konstant bleibt und falls die Luftfeuchtigkeit im Nahbereich
NB so angepasst wird, dass weiterhin die Bedingung der Ungleichung
f > AWZ erfüllt ist.
[0102] Beim Betreiben der Vorrichtung 150 wird bei allen Ausführungsformen vorzugsweise
darauf geachtet, dass
- die Dicke d des Düsenlippenspalts 17 in einem Bereich zwischen 0,5 und 5 mm, vorzugsweise
zwischen 0,6 und 2 mm, besonders vorzugsweise zwischen 0,8 und 1,5 mm, und/oder
- die Durchflussmenge D, die im Bereich von 200 bis 8000 Nm3 pro Stunde beträgt, und/oder
- der Abstand Z in einem Bereich zwischen 2 und 15 mm, vorzugsweise zwischen 3 und 12
mm liegt, und/oder
- die Bandgeschwindigkeit v in einem Bereich zwischen 50 und 200 m/min, vorzugsweise
zwischen 70 und 150 m/min beträgt.
[0103] Innerhalb dieser (Werte-)Bereiche arbeitet die Vorrichtung 150 besonders zuverlässig.
[0104] Eine entsprechende Gasdüse 15 hat bei allen Ausführungsformen eine Längenausdehnung
parallel zur y-Achse. Vorzugsweise hat die Düse 15 bei allen Ausführungsformen eine
aktive Länge (Düsenlänge DL genannt), die der Bandbreite w (siehe Fig. 6A - 6C) des
bandförmigen Stahlflachproduktes 100 entspricht. Die Dicke d der Gasdüse 15 ist parallel
zur x-Achse definiert (siehe Fig. 3A).
[0105] Die Bandbreite w des bandförmigen Stahlflachproduktes 100 liegt bei allen Ausführungsformen
im Bereich von 500 mm bis 2500 mm und besonders vorzugsweise im Bereich von 1159 mm
bis 1614 mm.
[0106] Bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen wird die absolute lokale Luftfeuchtigkeit
f im Nahbereich NB permanent oder von Zeit zu Zeit gemessen und falls die absolute
lokale Feuchtigkeit
f «droht» im Nahbereich NB unter eine Schwelle abzusinken, die durch AWZ definiert
ist, wird die Luftfeuchtigkeit durch den Einsatz der Wasserdampfvorrichtung 50 erhöht.
Zu diesem Zweck können der/die Dampfgeneratoren DG den Ausstoß von gasförmigem Wasserdampf
erhöhen, oder der/die Dampfgeneratoren DG können angeschaltet werden, um gasförmigen
Wasserdampf zu produzieren.
[0107] Ein Dampfgenerator DG umfasst bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen vorzugsweise
einen Dampferzeuger und z.B. ein Ventil 55 (siehe Fig. 5), das den Gasfluss durch
die Leitung 54 regeln kann. Zu diesem Zweck können der Dampferzeuger und/oder das
Ventil 55 bei allen Ausführungsformen mit der Steuerung 250 verbunden sein (nicht
gezeigt).
[0108] Die Messung der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit
f wird möglichst nicht direkt an der Auftrefflinie vorgenommen, an welcher das Gas
G auf die abzustreifende Schicht 10 auftritt, da dort das Gasgemisch relativ «trocken»
ist (das heißt wenig Luftfeuchtigkeit umfasst). Sondern die Messung der absoluten
lokalen Luftfeuchtigkeit
f wird vorzugsweise bei allen Ausführungsformen direkt oder indirekt in einem Bereich
vorgenommen, der mindestens einen Abstand s/2 von 20 cm von der Auftrefflinie aufweist.
Bei der Ausführungsform der Fig. 2A sitzen die Feuchtesensoren 51 entsprechend ein
kleines Stück oberhalb der Düsen 15 und der Auftrefflinien. Bei der Ausführungsform
der Fig. 5 sitzen die Feuchtesensoren 51 ein kleines Stück unterhalb der Düsen 15
und der Auftrefflinien.
[0109] In Fig. 2B ist in schematischer Darstellung beispielhaft ein virtuelles Zylindervolumen
vZV gezeigt. Dieses vordefinierte, virtuelle Zylindervolumen vZV umgibt oder umschließt
das Stahlflachprodukt 100 im Bereich der mindestens einen Gasdüse 15 (nicht in Fig.
2B gezeigt). Das vordefinierte, virtuelle Zylindervolumen vZV definiert in diesem
Fall den Nahbereich NB. Da es nahe an der Vorder- und Rückseite des Stahlflachproduktes
100 zu einer Durchmischung der Gase WG und G kommt, wird bei der Definition des virtuellen
Zylindervolumens vZV einen Bereich parallel zu der Vorder- und Rückseite des Stahlflachproduktes
100 ausgenommen, wie in Fig. 2B gezeigt. Vorzugsweise wird das virtuelle Zylindervolumen
vZV zu diesem Zweck durch zwei Ebenen begrenzt, die je einen Abstand s/2 zum Stahlflachprodukt
100 haben.
[0110] In Fig. 2A und 5 ist ein Ansatz zum direkten Messen der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit
f und der Umgebungsluftfeuchtigkeit
fUG gezeigt. Die Vorrichtung 150 umfasst beispielsweise zwei Feuchtesensoren 51 (je mindestens
einen pro Bandseite) und einen Feuchtesensor 56. Jeder dieser Sensoren 51, 56 hat
in der schematischen Darstellung zwei Kontakte, die zum Beispiel mit einer Steuerung
250 verbunden sein können. Die entsprechenden Verbindungen bzw. Leitungen V1, V2,
V3, V4, V5, V6 sind in Fig. 2A und 5 durch strichlierte Linien dargestellt.
[0111] Als Feuchtesensoren 51 und 56 können bei allen Ausführungsformen Sensoren der folgenden
Bauart oder Funktionsweise zum Einsatz kommen:
- mechanisch arbeitende Messsensoren, die auf der feuchtebedingten Ausdehnung bzw. dem
Zusammenziehen von (meist organischen) Messelementen basieren;
- psychrometrisch arbeitende Messsensoren, wobei zwei identische, sehr genaue Thermometer
zum Einsatz kommen, an denen die zu messende Gasströmung in definierter Geschwindigkeit
entlanggeführt wird;
- kapazitive Messsensoren, die z.B. einen feuchteempfindlichen Kondensator mit zwei
flachen Elektroden umfassen;
- Tauspiegelhygrometer, das die Luftfeuchtigkeit mit Taupunktspiegeln ermittelt, bei
denen die Kondensation von Wasserdampf bei einer Taupunktunterschreitung ausgewertet
wird;
- Resistives Messverfahren, bei dem z.B. die Impedanz des Wechselstromwiderstandes eines
hygroskopischen Elementes ermittelt wird;
- Spektrometrische Messverfahren, die beispielsweise im nahen oder mittleren Infrarotbereich
(NIR oder MIR) den gasförmigen Wassergehalt berührungslos messen.
[0112] Beim indirekten Messen der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit
f oder der Umgebungsluftfeuchtigkeit
fUG wird nicht die Luftfeuchtigkeit direkt gemessen, sondern es wird die momentane Luftfeuchtigkeit
indirekt (z.B. optisch) ermittelt.
[0113] Das indirekte Ermitteln der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit f kann bei allen Ausführungsformen
durch ein Messen der Oberflächeneigenschaft(en) des beschichteten Stahlflachprodukts
100 vorgenommen werden (drei Beispiele eines beschichteten Stahlflachprodukts 100
sind in den Figuren 6A, 6B und 6C gezeigt). Eine entsprechende Messung der Oberflächeneigenschaft(en)
kann beispielsweise vor dem optionalen Kühlbereich 16 oder nach dem optionalen Kühlbereich
16 optisch vorgenommen werden (z.B. durch ein optisches Messen der Reflektivität der
Oberfläche der Schicht 10). Bei wenig oder keiner Marmorierung liegt die Reflektivität
oberhalb eines vorgegebenen Grenzwerts. Falls die Reflektivität abnehmen sollte (z.B.
falls sie unter eine Toleranzgrenze fällt), kann die Luftfeuchtigkeit im Nahbereich
NB so angepasst werden, dass die Ungleichung
f > AWZ wieder erfüllt ist.
[0114] Alle Ausführungsformen der Vorrichtung 150 können eine Steuerung 250 umfassen. Diese
Steuerung 250 kann bei allen Ausführungsformen als computergestützte Automations-
und Steuerungseinheit ausgelegt sein und eine Mensch-Maschine-Schnittstelle, einen
Rechner und eine Datenbank umfassen.
[0115] Die Steuerung 250 kann bei allen Ausführungsformen Teil der Gesamtanlagensteuerung
der Vorrichtung 150 sein, oder sie kann bei allen Ausführungsformen mit der Gesamtanlagensteuerung
verbunden sein.
[0116] Das Einrichten/Vorbereiten der Vorrichtung 150 durch Anpassen der Parameter (Anlagen-
oder Verfahrensparameter), kann dann bei diesen Ausführungsformen von der Gesamtanlagensteuerung
und/oder von der Steuerung 250 vorgenommen werden.
[0117] Bei allen Ausführungsformen kann die bereits erwähnte Abstreifwirkzahl AWZ durch
die Steuerung 250 und/oder durch die Gesamtanlagensteuerung berechnet werden. Die
entsprechenden Formeln werden im Folgenden beschrieben. Bei allen Ausführungsformen
kann die Abstreifwirkzahl AWZ aber auch durch externe Mittel (z.B. mittels eines Arbeitsplatzrechners)
ermittelt werden.
[0118] Vorzugsweise kommt bei allen Ausführungsformen ein Inertgas als (Abstreif-)Gas G
zum Einsatz. Bewährt hat sich vor allem Stickstoff oder ein stickstoff-haltiges Gasgemisch.
[0119] Damit sich die Solldicke der Schicht 10, respektive die Auflage pro Bandseite, nicht
oder kaum ändern, wird darauf geachtet, dass die Anlagen- und Verfahrensparameter,
respektive die Abstreifwirkzahl AWZ im Wesentlichen konstant bleibt. Bei den Beispielen
1 und 2 bleibt AWZ konstant (siehe Tabelle 1 in Fig. 7). Bei den Beispielen 3, 4 und
5 bleibt AWZ im Wesentlichen konstant (siehe Tabelle 1 in Fig. 7).
[0120] Wichtig ist jedoch, dass beim gezielten Erhöhen der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit
f im Nahbereich NB darauf geachtet wird, dass neben dem Vermeiden von Marmorierungen
auch andere Fehler, wie die Bildung von Zahnstocher-Fehlern, Schlacke, und so weiter
vermieden werden.
[0121] Falls die Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft
fUG zum Beispiel sehr gering sein sollte, so kann es durch das Ansaugen von trockener
Umgebungsluft zur Bildung von Marmorierungen an der Schicht 10 kommen (falls
fUG kleiner ist als AWZ). Hier setzt die Erfindung an, indem sie die absolute lokale
Feuchtigkeit
f in der kontrollierten Wasserdampfatmosphäre im Nahbereich NB des Stahlflachproduktes
100 automatisch erhöht, während AWZ im Wesentlichen konstant gehalten wird.
[0122] Vorzugsweise ist die Ungleichung (2.2) in der Steuerung 250 durch Software implementiert,
oder es sind in einer oder mehreren Tabellen Zahlenpaare für die Abstreifwirkzahlen
AWZ und für die entsprechend vorzugebende Mindestfeuchtigkeit
fmin hinterlegt. Durch eine «lookup»-Tabelle kann die Steuerung 250 dann zu einer momentan
gültigen Abstreifwirkzahl AWZ einen Mindestwert
fmin für die absolute lokale Feuchtigkeitswert
f ermitteln und an die Wasserdampfvorrichtung 50 übergeben. Die Wasserdampfvorrichtung
50 erzeugt dann im Nahbereich NB eine absolute lokale Feuchtigkeitswert
f, die größer ist als
fmin. Bei diesen Ausführungsformen entspricht
fmin mehr oder weniger der Geraden Ge in Fig. 4.
[0123] Bei allen Ausführungsformen kommen vorzugsweise Parameter (Anlagen- und/oder Verfahrensparameter)
in den folgenden Zahlen- oder Wertebereichen zum Einsatz. Die einzelnen Zahlen- oder
Wertebereiche der Tabelle 2 sind nicht oder nur in Teilbereichen miteinander korreliert,
da die jeweiligen Maximal- und Minimalwerte aus verschiedenen Versuchsbeispielen stammen.
Es wurden lediglich die jeweiligen Maximal- und Minimalwerte aus der Tabelle 1 (Fig.
7) entnommen und hier zusammengefasst.
Tabelle 2 |
Parameter |
Untergrenze |
Obergrenze |
TB [°C] |
430 |
441 |
Z [mm] |
5,9 |
9,0 |
D [Nm3/h] |
1294 |
1468 |
w [mm] |
1066 |
1541 |
v [m/min] |
100 |
150 |
[0124] Aus der Tabelle 1 (siehe Fig. 7), sind konkrete Zahlenwerte zu den in Fig. 4 gezeigten
Versuchsergebnissen gezeigt. Die Tabelle 1 der Fig. 7 zeigt fünf Versuchsbeispiele,
bei denen durch die Vorgabe geeigneter Verfahrens- und/oder Anlagenparameter, respektive
Abstreifwirkzahlen AWZ, und durch das Erhöhen einer absoluten lokalen Feuchtigkeitswert
f im Nahbereich NB Schichten 10 ohne (sichtbare) Marmorierung erzeugt wurden (wie
beispielhaft in Fig. 6A gezeigt). In den ersten beiden Spalten der Tabelle 1 sind
jeweils die laut Spezifikation vorgegebene Auflage pro Seite und die Bandbreite w
des Stahlflachprodukts 100 angegeben.
[0125] Bei den in Fig. 4 grafisch dargestellten und in Tabelle 1 (Fig. 7) gezeigten Versuchsbeispielen
wurde nach dem folgenden Prinzip gehandelt. Falls unter einer gegebenen Umgebungsluftfeuchtigkeit
fUG und unter gegebenen Verfahrens- und Anlagenbedingungen Marmorierungsfehler auftreten,
so kann erfindungsgemäß zum Beseitigen der Marmorierung die absolute lokale Luftfeuchtigkeit
f im Nahbereich NB (entspricht der linken Seite der Ungleichung (2.2)) soweit angehoben
werden, bis die Ungleichung (2.2) zumindest im Nahbereich NB erfüllt wird.
[0126] Die Verfahrens- und Anlagenbedingungen, respektive die Prozess- und Abstreifdüsenparameter
können dabei mit Ausnahme der in der Produktion üblichen Streuungen unverändert beibehalten
werden, wie der Tabelle 1 (Fig. 7) zu entnehmen ist.
[0127] In Tabelle 1 wird anhand von fünf Beispielen 1 - 5 die Anwendung einer Wasserdampfvorrichtung
50 zur Anhebung der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit
f im Nahbereich NB dargestellt.
[0128] In den konkreten Beispielen 1 - 5 wurden der Düsenabstand Z, der Düsenlippenspalt
d und die Bandgeschwindigkeit v konstant beibehalten, die Auflage, die Bandbreite
w, der Düsendruck, der Durchfluss D und die Badtemperatur TB wurden nicht bewusst
verändert und unterliegen nur den in der Produktion üblichen Streuungen. Damit bleibt
in jedem der Beispiele auch die daraus berechnete Abstreifwirkzahl AWZ im Wesentlichen
(±10%) unverändert. Vorzugsweise wird die Vorrichtung 150 bei allen Ausführungsformen
so betrieben, dass sich berechnete Abstreifwirkzahl AWZ beim Erhöhen der absoluten
lokalen Luftfeuchtigkeit
f im Nahbereich NB und dem Anpassen der Verfahrens- und Anlagenparameter maximal um
±5% ändert.
[0129] Die Ausgangsituation für Beispiel 1 ist in Tabelle 1 unter 1.1 dargestellt (Tabelle
1, Zeile 1.1): Mit den gegebenen Prozess- und Abstreifdüsenparametern ergibt sich
dabei nach Ungleichung (2.2) eine Abstreifwirkzahl AWZ von 9,6 bei einer momentan
herrschenden absoluten Umgebungsluftfeuchtigkeit
fUG von 3,8 g/m
3. Die Bedingung aus Ungleichung (2.2) für eine marmorierungsfreie Produktion, nämlich
f > AWZ, ist damit nicht erfüllt. Tatsächlich traten in der Produktion unter diesen
Bedingungen auch starke Marmorierungsfehler auf. In Fig. 4 ist der entsprechende schwarze
Kreis bei AWZ=9,6 und f=3,8 g/m
3 dargestellt.
[0130] Ausgehend davon wurde mittels einer Wasserdampfvorrichtung 50 die im Nahbereich NB
geltende lokale absolute Luftfeuchtigkeit
f von 3,8 auf 20,6 g/m
3 angehoben, wobei die Prozess- und Abstreifdüsenparameter innerhalb der üblichen Prozessstreuungen
beibehalten wurden (Tabelle 1, Zeile 1.2). Nach dem gezielten Anheben der Luftfeuchtigkeit
f war die Bedingung aus Ungleichung (2.2) für eine marmorierungsfreie Produktion, nämlich
f > AWZ, erfüllt. Tatsächlich traten unter diesen Bedingungen keine Marmorierungsfehler
mehr an der Schicht 10 auf. In Fig. 4 ist der entsprechende weiße Kreis bei AWZ=9,6
und f=20,6 g/m
3 dargestellt. Ein Blockpfeil mit der Bezeichnung 1.1 → 1.2 kennzeichnet dieses 1.
Beispiel.
[0131] Analog zum Beispiel 1 sind die Beispiele 2-5 zu verstehen. Ein Blockpfeil mit der
Bezeichnung 2.1 → 2.2 kennzeichnet das 2. Beispiel und ein Blockpfeil mit der Bezeichnung
3.1 → 3.2 kennzeichnet das 3. Beispiel. Auch die Beispiele 4 und 5 sind in Fig. 4
entsprechend gekennzeichnet.
[0132] Aus der Tabelle 1 der Fig. 7 kann man die folgenden Wertepaare für die Abstreifwirkzahl
AWZ und die absolute lokale Luftfeuchtigkeit
f extrahieren (sortiert nach aufsteigender Abstreifwirkzahl AWZ). Alle Werte für die
absolute lokale Luftfeuchtigkeit f sind größer als die jeweilige AWZ (in Fig. 4 liegen
die entsprechend weiß gefüllten Kreise oberhalb der Geraden Ge).
Auszug aus Tabelle 1 (Fig. 7) |
absolute Luftfeuchtigkeit (f) |
Abstreifwirkzahl (AWZ) |
Bedingung f > AWZ erfüllt? |
Bewertung der Schicht 10 |
17,0 |
7,8 |
Ja |
keine Marmorierung |
20,6 |
9,6 |
Ja |
keine Marmorierunq |
18,5 |
12,0 |
Ja |
keine Marmorierunq |
18,0 |
13,5 |
Ja |
keine Marmorierunq |
19,4 |
14,5 |
Ja |
keine Marmorierung |
[0133] Aus der Tabelle 1 der Fig. 7 kann man auch die folgenden Wertepaare für die Abstreifwirkzahl
AWZ und die absolute Luftfeuchtigkeit
f extrahieren (sortiert nach aufsteigender Abstreifwirkzahl AWZ). Alle Werte für die
absolute lokale Luftfeuchtigkeit
f sind kleiner als die jeweilige AWZ (in Fig. 4 liegen die entsprechend schwarz bzw.
grau gefüllten Kreise unterhalb der Geraden Ge).
Auszug aus Tabelle 1 (Fig. 7) |
absolute Luftfeuchtigkeit (f) |
Abstreifwirkzahl (AWZ) |
Bedingung f > AWZ erfüllt? |
Bewertung der Schicht 10 |
4,9 |
7,8 |
Nein |
starke Marmorierung |
3,8 |
9,6 |
Nein |
starke Marmorierunq |
4,1 |
12,2 |
Nein |
starke Marmorierunq |
11,5 |
13,4 |
Nein |
mittlere Marmorierunq |
5,0 |
15,3 |
Nein |
starke Marmorierunq |
[0134] In Fig. 5 ist eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung 150 gezeigt, wobei auch
hier ein Ansatz zum direkten Messen der absoluten lokalen Luftfeuchtigkeit
f im Nahbereich NB und der Umgebungsluftfeuchtigkeit
fUG im Umfeld der Vorrichtung 150 zur Anwendung kommt. Der Aufbau der Vorrichtung 150
ist ähnlich mit der in Fig. 2A gezeigten Vorrichtung 150, daher wird auch auf die
Beschreibung der Fig. 2A verwiesen. Anders als in Fig. 2A, weist die Vorrichtung 150
der Fig. 5 jedoch ein Gehäuse 52 auf. Ein solches Gehäuse 52 ist optional, da es für
die Erfindung ausreicht, wenn die Wasserdampfvorrichtung 50 eine ausreichend hohe,
absolute lokale Luftfeuchtigkeit
f im Nahbereich NB erzeugt.
[0135] In dem Bad 11, das hier als rechteckförmiger Behälter dargestellt ist, der nach oben
offen ist, befindet sich die flüssige ZnAlMg-Legierung oder ZnAI-Legierung. Von dem
Stahlflachprodukt 100, das eine Bandform hat, ist in Fig. 5 nur ein kurzer Längenabschnitt
nach dem Austauchen aus dem Bad 11 gezeigt. Das Stahlflachprodukt 100 wird in Richtung
der x-Achse mit der Bandgeschwindigkeit
v vertikal aus dem Bad 11 heraus zwischen zwei einander gegenüberstehenden Gasdüsen
15 der Abstreifdüsenvorrichtung hindurchgeführt.
[0136] Die Wasserdampfvorrichtung 50 umfasst hier das bereits erwähnte Gehäuse 52, das hier
beispielsweise durch die Form eines näherungsweise zylinderförmigen Körpers im 3-dimensionalen
Raum definiert ist. In Fig. 5 ist dieses näherungsweise zylinderförmige Gehäuse 52
der Wasserdampfvorrichtung 50, schematisch angedeutet. Das Gehäuse 52 besteht hier
aus zwei Gehäusehälften, die symmetrisch zur x-Achse angeordnet sind. Der so definierte
Nahbereich NB liegt quasi zwischen den beiden Gehäusehälften.
[0137] Das Gehäuse 52 der Wasserdampfvorrichtung 50 kann in der schematischen Schnittansicht
rein gedanklich in vier Quadranten unterteilt werden. Die Wasserdampfvorrichtung 50
umfasst hier je einen Dampfgenerator DG pro Quadrant (das heißt zwei Dampfgeneratoren
DG pro Gehäusehälfte). Jeder der Dampfgeneratoren DG ist außerhalb des Nahbereichs
NB (resp. außerhalb des Gehäuses 52) angeordnet. Wie schematisch angedeutet, kann
jeder Dampfgenerator DG gasförmigen Wasserdampf WG über eine entsprechende Gasleitung
54, ein Ventil 55 und eine Einlassbrücke 53 in den Nahbereich NB einbringen. In der
Schnittdarstellung der Fig. 5 ist andeutungsweise zu erkennen, dass jede Einlassbrücke
53 strömungstechnisch über mindestens eine Durchtrittsöffnung im Gehäuse 52 mit dem
Nahbereich NB verbunden ist. So kann Gas vom jeweiligen Dampfgenerator DG, durch die
Leitung 54, das Ventil 55 und die Einlassbrücke 53 in den Nahbereich NB strömen. Das
Gehäuse 52 kann optional parallel zur y-Achse eine Reihe von solchen Durchtrittsöffnungen
aufweisen, damit sich das Gas WG gleichmässig im Nahbereich NB verteilen kann.
[0138] Das Gehäuse 52 der Wasserdampfvorrichtung 50 sitzt bei dieser Ausführungsform direkt
an den Düsen 15 der Abstreifdüsenvorrichtung und hat eine Gehäusehöhe, die parallel
zur x-Achse definiert ist. Vorzugsweise entspricht die Gehäuselänge, die parallel
zur y-Achse definiert ist, bei allen Ausführungsformen mindestens der Bandbreite w
des Stahlflachprodukts 100 und/oder der Länge DL des Düsen 15 (auch parallel zur y-Achse
definiert).
[0139] Das Gehäuse 52 der Wasserdampfvorrichtung 50 kann bei allen Ausführungsform auch
eine andere Form aufweisen.
[0140] Jede der Düsen 15 wird, wie schematisch angedeutet, mittels Pumpen P
G mit dem inerten (Abstreif-)Gas G gespeist. Die beiden Pumpen P
G sind steuerungstechnisch (oder regelungstechnisch) mit der Steuerung 250 verbunden
und die Steuerung 250 kann so zum Beispiel den Gasdurchfluss D pro Bandseite steuern.
Die entsprechenden Verbindungslinien oder -leitungen sind in Fig. 5 mit V7, V8, V9
und V10 bezeichnet. Als Pumpe P
G wird hier z.B. ein Gebläse mit Steuerungsventilen bezeichnet.
[0141] Vorzugsweise umfassen alle Ausführungsform der Vorrichtung 150 eine Regelung der
Durchflussmenge D des Gases G (automatische Auflagenregelung genannt), die so ausgelegt
ist, dass trotz einer Änderung der anderen Verfahrens- und Anlagenparameter stets
eine Schicht 10 mit einer im Wesentlichen gleichbleibenden Solldicke erzeugt wird.
Zu diesem Zweck umfasst die Regelung mindestens einen Sensor (nicht gezeigt), der
die Istdicke der Schicht 10 nach dem Abblasen der überschüssigen Zink-Schmelze misst.
Sollte die Istdicke kleiner sein als die Solldicke, so reduziert die Regelung die
Durchflussmenge D und umgekehrt.
[0142] Bei allen oder bei mindestens einem Teil der Ausführungsformen kann die absolute
lokale Luftfeuchtigkeit
f im Nahbereich NB entlang einer horizontalen y-Linie gemessen werden (die z.B. mindestens
s/2 = 20 cm vom Stahlflachprodukt 100 entfernt ist), die parallel zum Stahlflachprodukt
100 und parallel zur y-Achse verläuft. Die beschriebene horizontale y-Linie liegt
bei der Ausführungsform der Fig. 2A ungefähr im Bereich zwischen den Düsen 15 der
Abstreifdüsenvorrichtung 14 und den beiden Dampfgeneratoren DG. Bei der Ausführungsform
der Fig. 5 liegt die beschriebene y-Linie zwischen der Ausgangsseite A des Bades 11
und den Düsen 15 (hier ein kleines Stück unterhalb der Düsen 15).
[0143] Jede der Düsen 15 kann von einem Motor oder Aktuator (nicht gezeigt) parallel zur
z-Achse bewegt werden. Die Motoren oder Aktuatoren können mit der Steuerung 250 verbunden
sein. Es sind Sensoren vorhanden (nicht gezeigt), um dem Düsenabstand Z kontrollieren
zu können. Dadurch lässt sich über die Steuerung 250 der Düsenabstand Z einstellen
und/oder kontrollieren. Die Kontrolle des Düsenabstands Z kann bei allen Ausführungsformen
lasergestützt sein. Falls die Gehäusehälften des Gehäuses 52 mit den Düsen 15 mechanisch
verbunden sind, können die Gehäusehälften solidarisch mit den Düsen bewegt werden.
[0144] Die Steuerung 250 kann bei allen Ausführungsformen auch mit einer induktiven Heizung
30 oder mit einer elektrischen Widerstandsheizung des Bades 11 verbunden sein, um
die Badtemperatur TB anzupassen. Bei einer induktiven Heizung, deren Spule 30 in Fig.
5 angedeutet ist, kann die Steuerung 250 die Betriebsfrequenz zum Antreiben der Spule(n)
30 über einen Frequenzgenerator FG einstellen. Daher ist der Frequenzgenerator FG
steuerungstechnisch mit der Steuerung 250 verbunden, wie angedeutet. Die entsprechenden
Verbindungslinien oder -leitungen sind in Fig. 5A mit V11 und V12 bezeichnet.
[0145] Vorzugsweise ist die Wasserdampfvorrichtung 50 bei allen oder bei mindestens einem
Teil der Ausführungsformen dazu ausgelegt eine absolute lokale Luftfeuchtigkeit
f im Nahbereich NB im Bereich von 1 g/m
3 bis 300 g/m
3, vorzugsweise im Bereich von 2,71 g/m
3 bis 50 g/m
3 vorzugeben, wobei die Wasserdampfvorrichtung 50 vorzugsweise nur dann an- oder zugeschaltet
wird, wenn
fUG < AWZ.
[0146] Das Volumen des Nahbereichs NB (z.B. definiert durch das virtuelle Zylindervolumen
vZV oder durch das Gehäuse 52) der Wasserdampfvorrichtung 50 kann bei allen Ausführungsformen
zwischen 1 m
3 bis 10 m
3 groß sein.
[0147] Fig. 8 zeigt beispielhafte Schritte eines Verfahrens, das in den beschriebenen Vorrichtungen
150 durchgeführt werden kann. Fig. 8 zeigt die Schritte in Form eines Flussdiagramms.
Bevor das Verfahren zum Aufbringen einer Schicht 10 auf ein Stahlflachprodukt 100
durchgeführt wird, werden die einzelnen Komponenten und Elemente der Vorrichtung 150
eingerichtet bzw. vorbereitet (Schritt S1). Das Einrichten bzw. Vorbereiten der Vorrichtung
150 kann zum Beispiel anhand einer Soll-Spezifikation der aufzutragenden Schicht 10
erfolgen. Zu dem Einrichten bzw. Vorbereiten gehört das Definieren und (Vor-)Einstellen
der Verfahrens- und Anlageparameter.
[0148] Vor, während oder nach dem Einrichten S1 wird die entsprechende Abstreifwirkzahl
AWZ ermittelt (Schritt S2). Dann wird anhand einer der Ungleichungen oder anhand einer
"lookup"-Tabelle ermittelt, ob die Bedingung
f > AWZ erfüllt ist (Schritt S3). Falls
f größer sein sollte als AWZ (JA im Flussdiagramm), kann das Verfahren zum Aufbringen
einer Schicht 10 starten (Schritt S4). Falls die Bedingung
f > AWZ nicht erfüllt ist (NEIN im Flussdiagramm), verzweigt das Verfahren zum Schritt
S5. Im Rahmen des Schrittes S5 wird durch die Wasserdampfvorrichtung 50 die Luftfeuchtigkeit
f im Nahbereich NB erhöht. Und es wird dann im Schritt S3 erneut geprüft, ob die Bedingung
f > AWZ jetzt erfüllt ist.
[0149] Optional können in einem Zwischenschritt auch die Verfahrens- und/oder Anlagenparameter
geringfügig angepasst werden, wobei diese Anpassung vorzugsweise bei allen Ausführungsformen
so erfolgt, dass AWZ im Wesentlichen konstant bleibt.
[0150] In ähnlicher Form kann das Prüfen der Bedingung
f > AWZ während des Aufbringens der Schicht 10 von Zeit zu Zeit wiederholt werden,
um auf sich ändernde Umgebungsbedingungen reagieren zu können. Falls sich
f in der Umgebung oder im Nahbereich NB der Vorrichtung 150 reduziert haben sollte,
sollte erneut (wie im Schritt S3) geprüft werden, ob die Bedingung
f > AWZ weiterhin erfüllt ist. Falls ja, dann wird das Aufbringen der Schicht 10 fortgesetzt.
Falls nein, dann kann (analog zum Schritt S5) Luftfeuchtigkeit
f im Nahbereich NB erhöht werden.
[0151] Sollte
fUG in der Umgebung der Vorrichtung 150 deutlich absinken und sollte innerhalb der Soll-Spezifikation
keine sinnvolle Anpassung möglich sein, so kann das Verfahren unterbrochen werden.
Bezugszeichen
(Schutz-)Schicht / (Schutz-)Überzug |
10 |
Zink-Schmelzbad / Zink-Legierungsschmelzbad / (Tauch-)Bad |
11 |
Rüssel |
12 |
Rolle |
13 |
Düsen / Abstreifdüsenvorrichtung |
14 |
Gasdüse / Abstreifdüse |
15 |
Kühlbereich |
16 |
(Gas-)Düsenlippenspalt |
17 |
|
|
Induktivheizvorrichtung |
30 |
|
|
Zusatzvorrichtung / Wasserdampfvorrichtung |
50 |
Feuchtesensor (Nahbereich) |
51 |
Gehäuse |
52 |
Einlassbrücke |
53 |
Gasleitung |
54 |
Ventil |
55 |
Feuchtesensor (Nahbereich) |
56 |
|
|
Stahlflachprodukt / Stahlbänder / Stahlbleche / Band |
100 |
Beschichtetes Stahlflachprodukt / Stahlband / Stahlblech |
100, 10 |
|
|
Vorrichtung |
150 |
|
|
Steuerung |
250 |
|
|
Ausgangsseite |
A |
Abstreifwirkzahl |
AWZ |
Halbwertsbreite |
2b |
Dicke des Düsenlippenspalts |
d |
Gas-Durchfluss pro Bandseite |
D |
Dampfgenerator |
DG |
Düsenlänge |
DL |
Einqanqsseite |
E |
absolute Luftfeuchtigkeit |
f |
(absolute) Umgebungsluftfeuchtigkeit |
fUG |
Mindestwert der absoluten Luftfeuchtigkeit |
fmin |
Frequenzgenerator |
FG |
(Abstreif-)Gas |
G |
Gerade |
Ge |
Proportionalitätsfaktor |
k |
Nahbereich |
NB |
Druck |
P |
Pumpe |
PG |
Maximaldruck |
Ps |
relative Luftfeuchtigkeit |
r |
Abstand |
s/2 |
Schritte |
S1, S2, ... |
Temperatur |
T |
Lufttemperatur |
TL |
Zeit |
t |
Badtemperatur |
TB |
reduzierte Badtemperatur |
TBred |
Scherkraft |
τ |
Maximal auftretende Scherkraft |
Tmax |
Bandqeschwindiqkeit |
v |
Verbindungen / Leitungen |
V1, V2, V3, ... |
virtuelles Zylindervolumen |
vZV |
Bandbreite |
w |
qasförmiqer Wasserdampf |
WG |
Achse |
x |
Achse |
y |
Achse |
z |
Düsenabstand |
Z |
1. Vorrichtung (150) zum Aufbringen einer Schicht (10) auf eine Vorder- und/oder Rückseite
eines Stahlflachprodukts (100), umfassend:
- ein Zink-Legierungsschmelzbad (11) (ZnAI; ZnAlMg) mit einer Eingangsseite (E) und
einer Ausgangsseite (A),
- eine Abstreifdüsenvorrichtung (14) mit mindestens einer Gasdüse (15) zum Abblasen
der Vorder- oder Rückseite des Stahlflachproduktes (100) mit Gas (G), wobei die Abstreifdüsenvorrichtung
(14) im Bereich der Ausgangsseite (A) angeordnet ist,
eine Wasserdampfvorrichtung (50), die dazu ausgelegt ist gasförmigen Wasserdampf abzugeben
und im Nahbereich (NB) der Vorder- und/oder Rückseite des Stahlflachproduktes (100)
eine kontrollierte Wasserdampfatmosphäre bereitzustellen, wobei die kontrollierte
Wasserdampfatmosphäre eine absolute lokale Feuchtigkeit (f) aufweist, die größer ist
als 1 g/m3 und kleiner ist als 300 g/m3, wobei die absolute lokale Feuchtigkeit (f) vorzugsweise im Bereich 2,71 g/m3 bis 50 g/m3 liegt.
2. Vorrichtung (150) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufbringen der Schicht (10) Anlagenparameter und Verfahrensparameter der Vorrichtung
(150) so eingestellt werden, dass die Schicht (10) mit der Abstreifdüsenvorrichtung
(14) gemäß einer vorgegebene Spezifikation abgeblasen werden kann, wobei durch die
Anlagenparameter und Verfahrensparameter eine Abstreifwirkzahl (AWZ) definiert ist,
die während des Aufbringens der Schicht (10) im Wesentlichen konstant ist.
3. Vorrichtung (150) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Abstreifwirkzahl (AWZ) entweder wie folgt definiert ist:

oder wie folgt definiert ist:

wobei gilt:
d ist die Dicke (d) eines Düsenlippenspalts (17), in mm, der mindestens einen Gasdüse
(15) der Abstreifdüsenvorrichtung (14)
D ist die über die Bandbreite (w) wirksame Durchfluss(menge) (D) des Gases (G) pro
Seite des Stahlflachprodukts (100) in Nm3/h
k ist ein einheitenloser Proportionalitätsfaktor
w ist die Bandbreite des Stahlfachproduktes (100) in mm
2b ist die Halbwertsbreite der Druckverteilung des Gases (G) am Stahlfachprodukt (100)
in mm
v ist die Bandgeschwindigkeit in m/min, mit der das Stahlfachprodukt (100) entlang
der Abstreifdüsenvorrichtung (14) und durch den Nahbereich (NB) bewegt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass für die halbe Halbwertsbreite (b) und den Proportionalitätsfaktor (k) unter der Verwendung
des Verhältnisses des Abstands (Z) zur Dicke (d) des Düsenlippenspalts (17) folgende
Definitionen gelten:
Fall 1.1:

und k = 1
Fall 1.2:

Fall 1.3:

und

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung der Werte für die halbe Halbwertsbreite (b) und den Proportionalitätsfaktor
(k) unter der Verwendung des Verhältnisses des Abstands (Z) zur Dicke (d) des Düsenlippenspalts
(17) folgende vereinfachte Definitionen gelten:
Fall 2.1:

und k = 1
Fall 2.2:

und

6. Vorrichtung (150) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Dicke (d) des Düsenlippenspalts (17) in einem Bereich zwischen 0,5 und 10 mm,
vorzugsweise zwischen 0,8 und 2,0 mm liegt, und/oder
- die Durchflussmenge (D) im Bereich von 200 bis 8000 Nm3 pro Stunde beträgt, und/oder
- der Abstand (Z) zwischen dem Düsenlippenspalt (17) und der Vorder- bzw. Rückseite
des Stahlflachprodukts (100) in einem Bereich zwischen 2 und 15 mm, vorzugsweise zwischen
3 und 12 mm liegt, und/oder
- die Bandgeschwindigkeit (v) in einem Bereich zwischen 50 und 200 m/min, vorzugsweise
zwischen 70 und 150 m/min beträgt, und/oder
- der Nahbereich (NB) ein Volumen in einem Bereich von 1 m3 bis 10 m3 und vorzugsweise ein Volumen von mindestens als 2 m3 hat.
7. Vorrichtung (150) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die absolute lokale Luftfeuchtigkeit (f) in einem virtuellen Zylindervolumen gilt, das einerseits durch eine virtuelle Zylinderoberfläche
und andererseits durch zwei auf beiden Seiten des Stahlflachprodukts (100) parallel
zum Stahlflachprodukt (100) verlaufende, virtuelle Ebenen mit einen Abstand (s) zum
Stahlflachprodukt (100) begrenzt werden, wobei das Zylindervolumen ein Volumen in
einem Bereich von 1 m3 bis 10 m3 und vorzugsweise ein Volumen von mindestens 2 m3 aufweist, wobei die Messung der absoluten lokalen Feuchtigkeit (f) direkt oder indirekt
vorgenommen wird.
8. Vorrichtung (150) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuerung (250) umfasst, die dazu ausgelegt ist, die kontrollierte Wasserdampfatmosphäre
zu regeln, um die absolute Feuchtigkeit (f) so einzustellen, dass während des Aufbringens
und Abblasens der Schicht (10) die folgende Ungleichung erfüllt ist: f > AWZ.
9. Vorrichtung (150) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserdampfvorrichtung (50) die Vorder- und/oder Rückseite des Stahlflachprodukts
(100) mindestens teilweise mit einem Gehäuse (52) umschließt, um die kontrollierte
Wasserdampfatmosphäre als quasistatische Umgebungsbedingung in einem Nahbereich (NB)
im Inneren des Gehäuses (52) vorgeben zu können.
10. Vorrichtung (150) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die absolute lokale Luftfeuchtigkeit (f) im Nahbereich (NB) des Gehäuses (52) messbar
ist, wobei die Messung der absoluten lokalen Feuchtigkeit (f) direkt oder indirekt
vorgenommen wird.
11. Vorrichtung (150) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Nahbereich (NB) des Gehäuses (52) ein Volumen in einem Bereich von 1 m3 bis 10 m3 und vorzugsweise ein Volumen von mindestens 2 m3 aufweist.
12. Vorrichtung (150) nach einem der Ansprüche 2 - 11,
dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Spezifikation die Beschichtungsauflage der Schicht (10) und/oder
die Solldicke der Schicht (10) festlegt und dass die aufzubringende Schicht (10) die
folgende Vorgabe erfüllt:
- Beschichtungsauflage der Schicht (10) je Seite des Stahlflachprodukts (100), die
im Bereich 20 bis 200 g/m2, vorzugsweise Bereich 30 bis 100 g/m2, liegt, und/oder
- Solldicke der Schicht (10) je Seite des Stahlflachprodukts (100), die im Bereich
3 bis 30 µm, vorzugsweise Bereich 4,5 bis 15 µm liegt.
13. Vorrichtung (150) nach einem der Ansprüche 1 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass durch die kontrollierte Wasserdampfatmosphäre für eine gegebene Abstreifwirkzahl
(AWZ) eine ausreichend hohe absolute lokale Luftfeuchtigkeit (f) im Nahbereich (NB) vorgegeben wird, um eine Marmorierung und/oder oder die Bildung
von Zahnstocher-Fehlern an der Schicht (10) zu verhindern.
14. Vorrichtung (150) nach einem der Ansprüche 1 - 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
- mindestens ein Feuchtigkeitssensor (51) im Nahbereich (NB) der Wasserdampfvorrichtung
(50) angeordnet ist, um die absolute lokale Luftfeuchtigkeit (f) im Nahbereich (NB)
direkt messen zu können, und/oder
- mindestens ein Feuchtigkeitssensor (56) vorgesehen ist, um die absolute lokale Luftfeuchtigkeit
(fUG) in der Umgebung der Vorrichtung (150) direkt messen zu können.
15. Vorrichtung (150) nach einem der Ansprüche 1 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens einen Dampfgenerator (DG) umfasst, um die absolute lokale Luftfeuchtigkeit
(f) so automatisiert anpassen zu können, dass die absolute lokale Luftfeuchtigkeit
(f) größer ist als die Abstreifwirkzahl (AWZ).
16. Verfahren zum Aufbringen einer Schicht (10) gemäß einer Sollspezifikation auf mindestens
eine Seite eines Stahlflachprodukts (100), indem das Stahlflachprodukt (100) durch
ein Zink-Legierungsschmelzbad (11) (ZnAI; ZnAlMg) bewegt und auf dessen Ausgangsseite
(A) Abstreifgas (G) durch einen Düsenlippenspalt (17) mindestens einer Gasdüse (15)
in Richtung des Stahlflachproduktes (100) austritt, um die Schicht (10) gemäß Sollspezifikation
abzublasen, wobei durch die folgenden Parameter eine Abstreifwirkzahl (AWZ) definiert
ist:
d Dicke (d) des Düsenlippenspalts (17) der Gasdüse (15) der Abstreifdüsenvorrichtung
(14),
D über die Bandbreite (w) wirksame Durchfluss(menge) (D) des Gases (G) pro Seite des
Stahlflachprodukts (100) in Nm3/h,
w Bandbreite des Stahlfachproduktes (100) in mm,
2b Halbwertsbreite der Druckverteilung des Gases (G) am Stahlfachprodukt (100) in
mm,
v Bandgeschwindigkeit in m/min, mit der das Stahlfachprodukt (100) entlang der Abstreifdüsenvorrichtung
(14) bewegt wird,
wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- Ermitteln der absoluten lokalen Feuchtigkeit (f) in einer kontrollierten Wasserdampfatmosphäre in einem Nahbereich (NB) an der Vorder-
und/oder Rückseite des Stahlflachprodukts (100) und/oder der Umgebungsluftfeuchtigkeit
(fUG) vor dem Durchführen des Verfahrens und/oder während der Durchführung des Verfahrens,
- In Bezug setzen der ermittelten Feuchtigkeit (f, fUG) mit der Abstreifwirkzahl (AWZ), um festzustellen, ob die Bedingung f > AWZ oder fUG > AWZ erfüllt ist,
- falls die Bedingung erfüllt ist, Initialisieren oder Fortsetzen des Verfahrens zum
Aufbringen der Schicht (10), oder falls die Bedingung nicht erfüllt ist, Erhöhen der
absoluten lokalen Feuchtigkeit (f) in der kontrollierten Wasserdampfatmosphäre durch
den Einsatz einer Wasserdampfvorrichtung (50), die dazu ausgelegt ist gasförmigen
Wasserdampf abzugeben, um so die Erfüllung der Bedingung f > AWZ zu erreichen, um dann das Verfahren zum Aufbringen der Schicht zu initialisieren
oder fortzusetzen.
17. Verfahren nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, dass die Abstreifwirkzahl (AWZ) entweder wie folgt definiert ist:

oder wie folgt definiert ist:

wobei gilt:
d ist die Dicke (d) eines Düsenlippenspalts (17), in mm, einer Gasdüse (15) der Abstreifdüsenvorrichtung
(14)
D ist die über die Bandbreite (w) wirksame Durchfluss(menge) (D) des Gases (G) pro
Seite des Stahlflachprodukts (100) in Nm3/h
k ist ein einheitenloser Proportionalitätsfaktor
w ist die Bandbreite des Stahlfachproduktes (100) in mm
2b ist die Halbwertsbreite der Druckverteilung des Gases (G) am Stahlfachprodukt (100)
in mm
v ist die Bandgeschwindigkeit in m/min, mit der das Stahlfachprodukt (100) entlang
der Abstreifdüsenvorrichtung (14) und durch den Nahbereich (NB) bewegt wird.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die absolute lokale Feuchtigkeit (f) der kontrollierten Wasserdampfatmosphäre an der Vorder- und/oder Rückseite des Stahlflachproduktes
(100) in einem Abstand von mehr als 20 cm von der Vorder- und/oder Rückseite ermittelt
wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung (250) zum Einsatz kommt, die dazu ausgelegt ist, die kontrollierte
Wasserdampfatmosphäre zu regeln, um die absolute Feuchtigkeit (f) so einzustellen, dass während des Aufbringens und Abblasens der Schicht (10) die
Bedingung erfüllt ist: f > AWZ.