DE69505616T2 - Verfahren zum Galvanizieren von linearen Werkstoffen - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zum zunehmenden Verzinken von linearen Materialien wie Drähten, Stäben, Rohren oder Leitungen, durch Durchführen dieser Materialien durch eine transversal fließende Strömung geschmolzenen Zinks.
• Die Verzinkung der äußeren Oberfläche eines Rohrs oder einer Leitung als Teil der kontinuierlichen Herstellung davon aus einem Endlosstreifen eines Metallblechs wird seit einigen Jahren kommerziell praktiziert. Das Verfahren besteht im Grunde aus einem Walzformen des Metallstreifens zu einer rohrförmigen Gestalt nach dem Ziehen desselben von einer Endlosversorgung, einem Schweißen der Fuge, einem Abflammen und Zurichten der Schweißung und einem Durchführen des kontinuierlich gebildeten Rohrs durch ein Beizbad und eine Spülung. Das Rohr wird dann durch eine Vorheizstation und dann durch ein Bad geschmolzenen Zinks durchgeführt, nach welchem das überschüssige Zink entfernt wird, das Rohr in einem Wasserbad auf eine Handhabungstemperatur gekühlt wird und das Rohr in endliche Längen geschnitten wird. Das Rohr kann einem Dimensionierungsschritt nach dem Abkühlen und vor dem Schneideschritt unterzogen werden.
• Ein derartiges integriertes kontinuierliches Herstellungsverfahren ist beispielsweise in dem US-Patent 3,226,817, und mit besonderer Betonung des Verzinkungsschritts des Verfahrens in den US-Patenten 3,226,817, 3,259,148 und 3,877,975 offenbart.
• Bei den Verzinkungsstationen derartiger, früherer integrierter Verfahren wurde das kontinuierlich gebildete, rasch sich bewegende Rohr nach geeigneter Vorbereitung durch eine längliche Wanne geführt, die über einem Pool geschmolzenen Zinks in einem großen Trog angeordnet ist, von dem aus eine Strömung des flüssigen Metalls gepumpt wurde, um sowohl eine beträchtliche und überfließende Masse geschmolzenen Zinks in der Wanne aufrecht zu erhalten, als auch um das von der Wanne als eine Fluidbeschichtung auf dem Rohr weggeführte Zink zu ersetzen.
• Wie es in der EP 591425 beschrieben ist, wurde kürzlich herausgefunden, daß dieses Beschichten von linearen Elementen in einem kontinuierlichen Verzinkungsprozeß durchgeführt werden kann durch ein Überfluten der linearen Elemente in geschmolzenem Zink in einem offenendigen Rohr, zu welchem das Zink gepumpt wird, wobei das Zink aus den entgegengesetzten Enden des Rohrs herausfließt. Diese Anordnung erlaubt es, das Verzinken mit einem Zinkfluß zu erreichen, der im Vergleich zu früheren Methoden reduziert ist, die überfließende Wannen einsetzen. Eine Reduzierung des Zinkflusses ist im allgemeinen erwünscht aufgrund der sich ergebenden Reduzierung der korrosiven und schleifenden Wirkungen von geschmolzenem Zink auf die Zinkpumpe und andere Systemkomponenten.
• Bei einer weiteren, in der US 5,364,661 beschriebenen Entwicklung wurde geschmolzenes Zink auf das lineare Element, insbesondere ein Rohr, aufgebracht, indem es konzentrisch durch einen umgebenden und zusammenlaufenden konischen Vorhang geschmolzenen Zinks durchgeführt wurde, welches von der Mündung einer umgebenden Düse ausging.
• Unlängst wurde ein Verzinken linearer Elemente durch einfaches Durchführen derselben durch eine transversal fließende Strömung geschmolzenen Zinks in die Praxis umgesetzt.
• Bei der Entwicklung des abgekürzten Tauchsystems der EP 591425 wurde das offenendige, T-Kopf-Verzinkungsrohr auf einem Kniestück auf dem Spülrohr der Zinkpumpe angebracht. In dieser Weise gelagert, d. h. zum Empfangen des nach unten fließenden Zinks von dem Kniestück des Spülrohrs, begegnet die Anordnung unerwarteten erosiven Effekten von dem fließenden Zink. In der Folge trennte sich das Verzinkungsrohr von dem Kniestück des Spülrohrs und wurde durch das durchlaufende Werkstück zum Ende des Zinktrogs geführt, wo das Werkstück den Zinktrog verließ. Die überraschende Entdeckung aus dieser Panne war, daß die Verzinkungsschicht in jeder Hinsicht zufriedenstellend war, außer an der oberen Oberfläche des Werkstücks, die an der Stelle zerkratzt wurde, an der sie das abtrünnige Verzinkungsrohr getragen hatte. Das heißt, die durch das Werkstück aufgenommene Verzinkungsschicht beim einfachen Durchführen durch die nach unten gerichtete Zinkströmung war in jeder Hinsicht zufriedenstellend außer dort, wo es durch das sonst ungelagerte Verzinkungsrohr verkratzt wurde.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Verzinken eines aus einem Eisenmetall gebildeten, linearen Elements mittels einer Pumpe bereitgestellt, wobei das Verfahren umfaßt:
• Bereitstellen eines nach oben offenen Reservoirs mit geschmolzenem Zink;
• Aufrechterhalten einer Inertgasatmosphäre in einem umschlossenen Raum über der Oberfläche des geschmolzenen Zinks in dem Reservoir;
• Heizen des zu verzinkenden, linearen Elements auf eine Temperatur, die wenigstens so hoch ist, wie die des geschmolzenen Zinks;
• Führen des beheizten linearen Elements axial durch eine Auftragszone, die über der Oberfläche in dem umschlossenen Raum angeordnet ist;
• Pumpen einer Strömung des geschmolzenen Zinks unter Druck mit einer vorbestimmten Rate von dem Reservoir zu einer der Auftragszone benachbarten Stelle an einer Seite des linearen Elements;
• Werfen der freien Strömung unter Druck von der Pumpe von der Stelle durch die Auftragszone um den ganzen Umfang des linearen Elements in einer Menge, die diejenige übersteigt, welche an dem linearen Element haften wird, wobei die Strömung ausreichend kurz und die Rate ausreichend rasch ist, um eine wesentliche Verfestigung des geschmolzenen Zinks aufgrund einer Kühlung der Strömung in der Inertatmosphäre zu verhindern; und
• Erlauben, daß das überschüssige und nicht-haftende geschmolzene Zink von dem linearen Element auf die Oberfläche des geschmolzenen Zinks in dem Reservoir fällt, wodurch das lineare Element mit Zink beschichtet wird, ohne daß ein Heizen der Strömung in der Inertatmosphäre erforderlich ist, und der Überschuß und das nicht-haftende geschmolzene Zink zu dem Reservoir zurückgeführt wird.
• In einigen Formen der Erfindung wird die Zinkströmung in einem transversalen, fließenden Vorhang erweitert. Alternative Formen schaffen eine gezielte Horizontalkomponente für den Fluß von Zink, um die natürlichen Adhäsionskräfte dabei zu unterstützen, die Beschichtung eines linearen Elements mit größerem Durchmesser zu erreichen. Weitere Details sind aus den Ansprüchen ersichtlich.
• Wie bei dem konischen Vorhangfluß der US-5,364,661 hat der Fluß von geschmolzenem Zink an der Zinkpumpe seinen Ursprung und wird durch ein Spülrohr nach oben geliefert, von welchem es in einer frei-fließenden Strömung herauskommt. Beim Ende des Pumpenbetriebs entleert sich das Spülrohr rasch nach unten zu dem Niveau von geschmolzenem Zink in dem Trog.
• Einige Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielhaft und mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
• Fig. 1 eine schematische, Längsfrontschnittansicht einer Verzinkungsstation zur Verwendung im Zusammenhang mit der Erfindung ist, und zwar installiert in einer integrierten Linie für die kontinuierliche Herstellung eines verzinkten Stahlrohrs oder einer verzinkten Stahlleitung;
• Fig. 2 eine in einem vergrößerten Maßstab gezeigte Querschnittsansicht der Vorrichtung von Fig. 1 ist;
• Fig. 3 eine vergrößerte Endansicht eines eine Zinkströmung zuführenden Rohrs zur Verwendung im Zusammenhang mit der Erfindung ist;
• Fig. 3A eine Schnittansicht des Zufuhrrohrs längs der Linie A-A von Fig. 3 ist;
• Fig. 4 eine vergrößerte Endansicht eines alternativen Zufuhrrohrs zur Verwendung in einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung ist;
• Fig. 4A eine Ansicht desselben von unten ist;
• Fig. 5 eine vergrößerte Endansicht eines weiteren alternativen Zufuhrrohrs ist;
• Fig. 5A eine Ansicht desselben von unten ist;
• Fig. 6 eine Querschnittsansicht der Vorrichtung von Fig. 1 ist, die durch eine Drehung der Tragsäule der Tauch-Zinkpumpe um eine Vierteldrehung modifiziert ist, um das Spülrohr lateral zu verlagern, um es für eine fontänenmäßige Verwendung zu positionieren;
• Fig. 7 ein Querschnitt des rohrförmigen Werkstücks in einer nach unten fließenden Strömung geschmolzenen Zinks ist; und
• Fig. 8 ein Diagramm der äußeren Hauptkräfte ist, die auf das am Punkt M in Fig. 7 beschichtende, geschmolzene Zink wirken.
• Für eine allgemeine Beschreibung eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Fig. 1 zeigt eine Verzinkungsstation 10 in einem System zur kontinuierlichen Herstellung eines verzinkten Rohrs oder einer verzinkten Leitung 12. Obwohl das dargestellte Verfahren und die dargestellte Vorrichtung in dem angegebenen Zusammenhang entwickelt wurden, ist davon auszugehen, daß die Erfindung auch auf die kontinuierliche Verzinkung von anderen linearen Eisen- oder Stahl-Elementen wie Drähten, Stäben oder Strukturformen anwendbar ist.
• Die Leitung 12 geht in Fig. 1 betrachtet von rechts nach links durch die Verzinkungsstation und wird in einer raschen axialen Bewegung von einer Walzformstation geliefert, an welcher ein Endlosband aus Metall allmählich zu einer rohrförmigen Gestalt mit stoßenden Rändern gewalzt wird, die durch eine elektrisch geschweißte Fuge geschlossen werden, die unterwegs zur Verzinkungsstation abgeflammt und zugerichtet wird. Bei der Vorbereitung zum Verzinken wird die Leitung zunächst durch ein Beizbad aus Säure - gefolgt von einer Neutralisierungsspülung - gereinigt, wonach das Rohr in einer Inertgasatmosphäre vorgeheizt wird, und zwar unmittelbar vor dem Eintritt in die Verzinkungsstation. Das Vorheizen wird zweckmäßigerweise durch ein Durchführen der Leitung axial durch eine Induktionsheizspule 13 erreicht. Da diese Vorverzinkungsschritte in der Technik gut verstanden sind, werden sie hier nicht gezeigt und es wird lediglich auf das Patent von Krengel, Nr. 3,259,148 hingewiesen, in welchem ein derartiges System veranschaulicht und beschrieben ist.
• Die Verzinkungsstation 10 umfaßt einen länglichen Trog 14 geschmolzenen Zinks, der in im wesentlichen rechteckiger Form aus einer geschweißten Stahlplatte aufgebaut ist und gestaltet ist, um einen Raum 16 über dem vorbestimmten Niveau des Pools 18 von flüssigem Zink darin bereitzustellen, welches bei etwa 454ºC (850ºF), d. h. etwa 28ºC (50ºF) über dem Schmelzpunkt von Zink gehalten wird. Obwohl das Zink bei irgendeiner Temperatur über seinem Schmelzpunkt gehalten werden kann, ist es bevorzugt, daß seine Temperatur 488ºC (900ºF) in den Fällen nicht übersteigt, in welchen unbeschichtete Stahltröge und Pumpen verwendet werden, und zwar aufgrund der erhöhten Abnutzung der Vorrichtung, die mit Zink bei Temperaturen über 488ºC (900ºF) in Kontakt kommt. Höhere Temperaturen können verwendet werden, wenn keramikbeschichtete Ausrüstung eingesetzt wird. Die (nicht gezeigten) Heizmittel können gegen die Wände des Trogs gerichtete Gas- oder Ölbrenner, oder elektrische Induktionsheizeinrichtungen sein.
• Im allgemeinen ist es wünschenswert, das Rohr auf eine Temperatur vorzuheizen, die ungefähr so groß ist, wie die des auf das Rohr aufzubringenden, geschmolzenen Zinks. Unter gewissen Umständen, beispielsweise wenn Öl auf dem Rohrteil vorhanden ist, kann es wünschenswert sein, das Rohr auf Temperaturen vorzuheizen, die etwa 56ºC (100ºF) größer sind als die des geschmolzenen Zinks.
• Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Raum 16 über dem Pool von flüssigem Zink durch eine Reihe von Abdeckungen 20, 22 und 24 geschlossen, die nach unten sich erstreckende Umfangsflansche 26 besitzen, die in Rinnen 28 aufgenommen sind, die sich um die Peripherie des Trogs und auch querlaufend zu dem Trog erstrecken, um die Verwendung mehrerer Abdeckungen zum bequemen Zugang zum Inneren des Trogs zu Wartungszwecken zu erlauben. In anderen Ausführungsformen können weniger Abdeckungen oder mehr Abdeckungen eingesetzt werden. Die Rinnen 28, in welchen die Abdeckungsflansche aufgenommen sind, sind teilweise mit einem granularen Material wie Sand oder mit einer Keramikfaserwolle gefüllt, was eine Zurückhaltebarriere für das Entweichen des Inertgases bildet, mit dem der Raum 16 über dem geschmolzenen Zink gefüllt ist und das geringfügig über atmosphärischem Druck gehalten ist, um den Eintritt von Luft in diesen Raum zu verhindern oder wenigstens zu begrenzen.
• Wie es zuvor festgestellt wurde, tritt die Leitung 12 in die Verzinkungsstation von rechts unmittelbar von der Vorheizeinrichtung ein, deren Gehäuse normalerweise mit einer dazwischenliegenden Dichtung aus Mineralwolle oder dergleichen gegen das Eintrittsende der Verzinkungsstation angrenzt, um das Mitreißen von Umgebungsluft in die Verzinkungszone über dem geschmolzenen Metall zu begrenzen. Die Leitung tritt durch ein Loch in der Trogwand in die Station 10 ein und von dort durch ein größeres Rohr 30, welches dazu bestimmt ist, die Leitung in innigeren Kontakt mit dem Inertreinigungsgas zu bringen. Das Rohr geht dann durch die Verzinkungsvorrichtung 32 und verläßt die Verzinkungszone durch ein ausgerichtetes Loch 34 in der entfernten Wand 36 des Raums. Eine Platte 35 mit einer Öffnung darin, die in ihrer Form ähnlich und nur geringfügig größer als der Querschnitt des linearen Elements 12 ist, liefert ein erstes Wischen und einen Halt für das lineare Element 12 benachbart dem Loch 34. Die Platte 35 ist auf einem Träger 37 gelagert, was eine einfache Installation und Entfernung der Platte erlaubt. Für lineare Elemente von verschiedenen Größen oder Gestalten können verschiedene Platten 35 mit Löchern von entsprechenden Größen und Gestalten verwendet werden.
• Es ist zu bemerken, daß die entfernte Wand 36 des Raums über dem Pool 18 geschmolzenen Zinks angeordnet ist und sich in denselben nach unten erstreckt, und zwar in einem gewissen, geeignet entfernten Abstand von der Endwand 38 des Trogs, was einen kleinen Bereich 40 von offenem Zugang zu dem Pool von Zink liefert, durch welchen der Bestand von geschmolzenem Zink durch die periodische Zugabe von Blöcken des Metalls aufrechterhalten wird. Dieser offene Bereich dient auch dem weiteren Zweck der Aufnahme des geschmolzenen Zinks, welches durch eine Luftbürste 42 von der äußeren Oberfläche der Leitung 12 getrimmt wird, welche einen schneidenden Strom komprimierter Luft durch eine Ringdüsenöffnung auf die Oberfläche der Leitung liefert, um das überschüssige Zink davon zu trimmen, wobei dasselbe in einer flachen Trajektorie auf den freiliegenden Bereich 40 des Pools geschmolzenen Zinks getrieben wird. Ein Abschreckwasserbad 43 stromabwärts der Luftbürste kühlt die Zinkbeschichtung und läßt dieselbe erstarren.
• Im allgemeinen ist es wünschenswert, die Lineargeschwindigkeit des Werkstücks 12 während des Betriebs zu maximieren. Die zu erreichende Lineargeschwindigkeit ist jedoch in der Praxis Begrenzungen unterworfen, die durch verschiedene Aspekte des Verzinkungsprozesses auferlegt sind. In einer Ausführungsform der Erfindung beträgt die Geschwindigkeit des linearen Elements 12 etwa 600 Fuß pro Minute. In anderen Ausführungsformen können die linearen Elemente mit höheren oder niedrigeren Geschwindigkeiten befördert werden, die im Bereich von 90-1000 Fuß pro Minute liegen.
• Die Verzinkungseinrichtung 32 ist an der mittleren Trogabdeckung 22 angebracht gezeigt. Sie umfaßt eine Zentrifugal-Tauchpumpe 44, die wie durch Schweißen an dem unteren Ende eines dickwandigen Trägerrohrs 46 befestigt ist, welches an die Unterseite der Trogabdeckung geschweißt ist. Eine an der Oberseite der Abdeckung 22 angebrachte Trägerstruktur 48 stellt zwei Lager 50 für die Vertikalwelle 52 der Pumpe bereit, die an ihrem oberen Ende von einem vertikalen Elektromotor 54 variabler Geschwindigkeit getrieben wird, und zwar durch einen V-Riemen, der auf einem Paar von drehzahlreduzierenden Scheiben 56 und 58 angetrieben wird. An ihrem unteren Ende ist ein doppelseitiges Flügelrad (nicht gezeigt) auf der Welle 52 verkeilt, welches bei Drehung das geschmolzene Zink von dem Pool durch einen zentralen Einlaß in der Bodenplatte der Pumpe und ein ähnliches Zentralloch in der oberen Platte der Pumpe zieht, durch welche die Welle 52 mit großen Zwischenraum durchgeht, um das Zink zu den oberen Flügelradschaufeln zuzuführen. Ein Zugang des flüssigen Zinks zu der oberen Zentralöffnung wird durch Einlaßöffnungen 60 in der Tragstruktur zwischen der oberen Platte der Pumpe und dem Tragrohr 46 geschaffen. Das Tragrohr 46 schirmt die Pumpenwelle vollständig von dem Inertgas in dem Raum 16 ab, was das Erfordernis von Wellendichtungen zwischen der Welle 52 und der Abdeckung 22 zur Verhinderung des Entweichens des Gases beseitigt.
• Die Pumpe liefert das geschmolzene Zink zu einem Spülrohr 62, welches das flüssige Metall nach oben führt und in einigen Formen der Erfindung zu einer 180º-Wendung oder zu einem Kniestück 64 gekrümmt sein kann, und in jedem Fall an seinem Förderende weiter modifiziert oder angepaßt sein kann, um die fließende Strömung 68 von geschmolzenem Zink, welches davon ausgeht, zu gestalten. Zur Lagerung des Spülrohrs 62 umgeben ein Paar von an das Trägerrohr 46 der Pumpe geschweißte Halter 66 das Spülrohr in einer Konfiguration nach Art eines geteilten Blocks, bei welcher die beiden Teile des Halters durch Schrauben aneinander befestigt sind.
• Obwohl, wie zuvor angegeben, die von dem Ende eines einfachen Kniestücks fallende Strömung geschmolzenen Zinks ein befriedigendes Ergebnis auf dem geführten Rohr erzeugte, als die Panne geschah, bei welcher sich die T-Kopf- Überflutungsverzinkungseinrichtung von dem Kniestück löste, ist das Förderende des Kniestücks vorzugsweise zu einer Schlitzöffnung 70 abgeflacht, wie es in den Fig. 3 und 3A gezeigt ist, so daß eine breitere, dünnere Strömung geschmolzenen Zinks als ein flacher Vorhang 72 geliefert wird, der breiter als das durchlaufende Rohr 12 ist und in Querrichtung desselben angeordnet ist. Der breitere Vorhang geschmolzenen Zinks besitzt den doppelten Vorteil sowohl der Gewährleistung, daß eine adäquate Zufuhr von Zink längs beiden Seiten des Werkstückrohrs nach unten geht als auch die Anpassung an einen größeren Bereich von Rohrabmessungen.
• Zudem bevorzugen wir es, eine geringfügige Biegung 73 von etwa 20º bis 30º in dem Kniestück 64 vorzusehen, um dem hinabfallenden Fächer geschmolzenen Zinks eine Richtungskomponente in axialer Richtung des Laufs des Werkstückrohrs oder der Werkstückleitung durch die Vorrichtung und mit diesem Lauf verlaufend zu geben. Dies kann in irgendeiner zweckmäßigen Weise durchgeführt werden, wie durch Biegen des abgeflachten und konisch erweiterten Endabschnitts des Kniestücks, wie es in den Fig. 3 und 3A gezeigt ist.
• Fig. 7 veranschaulicht, was passiert, wenn die Zinkströmung um das Werkstückrohr nach unten fließt. Die Grenzflächenanziehung des geschmolzenen Zinks an die Oberfläche des heißen Stahlrohrs 12 führt einen Zinkfilm um die Unterseite des Werkstückrohrs, um die Beschichtung um den ganzen Umfang zu vervollständigen. Das überschüssige Zink fällt in einem Meniskus an der Stelle M in dem Diagramm von Fig. 7 von dem Beschichtungsfilm.
• Das Kräftediagramm von Fig. 8 veranschaulicht die angenommenen Hauptkräfte, die an dem Abreißmeniskus auf das geschmolzene Zink wirken, wenn die Zinkströmung von oben geliefert wird. Diese Kräfte sind die Oberflächenspannung oder Kohäsivkraft S, die im wesentlichen radial wirkt und das überschüssige Zink an dem haftenden Film zu halten sucht, die Gravitationskraft G, die das überschüssige Zink nach unten zieht und die "Reibungs"-Kraft F, die tatsächlich auch die Kohäsivkraft des Zinkfilms ist, die auf das überschüssige Zink in Axialrichtung des Werkstückrohrs wirkt, wenn das Rohr das geschmolzene Zink in der Richtung der Werkstückbewegung durch die Verzinkungsstation schleppt.
• Der transversale Vorhang 72 von nach unten fließendem Zink wurde erfolgreich zum Verzinken von Stahlrohren/Stahlleitungen in Größen bis zu 6,35 cm (zweieinhalb Zoll) verwendet, und es wurde nicht ermittelt, ob es eine obere Grenze der Größe gibt. Jedoch ist es denkbar, daß, wenn der Querschnittsradius der Krümmung des Werkstückrohrs steigt, es eine obere Grenze der Werkstückgröße gibt, jenseits der eine unidirektional fließende Strömung, sei es ein zylindrischer oder flacher Vorhang, das geschmolzene Zink nicht zu der entgegengesetzten Seite des Rohrs zuführen kann.
• Für derartige Fälle ist die Anordnung der Fig. 4 und 4A in Betracht gezogen, d. h. eine Aufteilung des Zinkflusses in zwei kleinere Strömungen 68, die auf das Werkstück von entgegengesetzten Seiten desselben fokussiert werden, um sowohl nach innen als auch nach unten gerichtete Komponenten zu haben, um die Beschichtung der Unterseite des Rohrs sicherzustellen. Die Anordnung nach Fig. 4 setzt ein Y-Adapterstück in Form einer konischen Kappe 74 an dem Förderende des Kniestücks 64 ein, von welchem zwei Arme oder Rohrellbogen 76, 77 ausgehen, um getrennte fächerförmige Strömungen 68 schräg auf das Werkstückrohr 12 zu richten, um ihren entgegengesetzten Flüssen zu ermöglichen, die Unterseite des Rohrs zu erreichen.
• Die Anordnung der Fig. 5 und 5A besitzt eine Wirkung ähnlich der von Fig. 4, wobei jedoch beide Flüsse in einer einzigen flußrichtenden Düse 80 kombiniert sind, die derart gestaltet ist, daß der Zinkströmung sowohl eine Einwärts- als auch eine Abwärtsrichtung verliehen wird. Das bedeutet, daß das Gehäuse der Düse 80 halbmondförmig ist und der Mittelabschnitt verengt ist, um zwei bogenförmige Hauptpfade 76' und 77' zu definieren, die durch einen eng begrenzten Zentralpfad 78' getrennt sind. Die Hauptpfade enden mit sowohl einer nach innen als auch nach unten gerichteten Komponente, während der begrenzte Zentralfluß im wesentlichen nach unten verläuft. Die Düsenöffnung 82 (Fig. 5A) nimmt die Form eines in der Mitte verengten Ovals an.
• Ungeachtet welche dieser Formen einer Strömung geschmolzenen Zinks eingesetzt wird, beginnt sich zwischen dem heißen Eisensubstrat und dem geschmolzenen Zink eine intermetallische Legierungsschicht auszubilden, sobald das Werkstückrohr 12 durch das Zink benetzt wird. Die Dicke und Zusammensetzung der intermetallischen Legierungsschicht werden sowohl durch die Reaktionszeitdauer (d. h. die Zeitdauer, während der das Zink in der flüssigen Phase mit der Oberfläche des Rohrs in Kontakt ist) als auch durch die Temperatur des Werkstücks und des aufgebrachten, geschmolzenen Zinks, und in einem gewissen Ausmaß durch die Legierungszusammensetzung des Zinks beeinflußt. Unter Verwendung der hier offenbarten Techniken wurde eine zufriedenstellende Verzinkung mit Reaktionszeiten von weniger als einer Sekunde bei Produktionsraten von bis zu 180 m (600 Fuß) pro Minute erzielt. Die Reaktionszeit beginnt mit dem Eintritt irgendeines Werkstückzuwachses in die Strömung oder den Vorhang von Zink und endet im wesentlichen dann, wenn die Zinkbeschichtung auf diesem Zuwachs erstarrt ist und das Substrat durch das Abschreckwasserbad 43 gekühlt ist.
• In der tatsächlichen Praxis unter Verwendung der Form 72 des transversalen Vorhangs einer Zinkströmung in dem angegebenen Temperaturbereich von 454ºC bis 488ºC (850ºF bis 900ºF) besitzen die intermetallischen Legierungslagen eine Dicke im Bereich von 2,54 um bis 7,62 um (0,1 bis 0,3 mil) und eine Zinklage besitzt eine Dicke von 12,7 um bis 50,8 um (0,5 bis 2 mil). Diese Dicken sind größtenteils von der Geschwindigkeit der Linie abhängig, die von 90 bis 300 m (300 bis 1000 Fuß) pro Minute reichen kann, und zwar abhängig von der Wanddicke des Produkts im Falle einer Leitungen oder eines Rohrs. Die bevorzugte Zinkzusammensetzung enthält 0,05% bis 0,11% Aluminium, was von dem Begriff "Zink", wie er hier verwendet wird, umfaßt sein soll.
• Bis zu dem zuvor beschriebenen Ausmaß war der Zinkfluß im wesentlichen nach unten gerichtet, und zwar trotz der Verwendung einer quer gerichteten Komponente für große Leitungs- oder Rohrgrößen und für verschiedene Rohrformen oder andere strukturelle Formen, die sich für eine Verzinkung "in der Linie", d. h. als Teil des Gesamtherstellungsprozesses eignen.
• Die Zinkströmung kann jedoch auch als eine Fontäne nach oben geworfen werden, um sich zum Beschichten der meisten Strukturformen einschließlich nach unten hin offenen Formen wie Winkeln, C-Formen und Kanälen zusätzlich zu Rohrformen verschiedener Querschnittsgestalt zu eignen.
• Die Fontänenanordnung ist in Fig. 6 gezeigt, die das Spülrohr ohne das Kniestück zeigt. Es ist hierbei angenommen, daß vorzugsweise die Düse 80 (Fig. 5 und 5A) zu verwenden ist, um die geworfene Strömung 72' zu einem Vorhang zu formen, der quer zum Weg des in Axialrichtung sich bewegenden Werkstücks angeordnet ist, und um die beiden Hauptabschnitte des fließenden Vorhangs bereitzustellen, die von den Seiten der Düsenöffnung mit nach innen gerichteten Komponenten ausgehen, um sich über dem Werkstück zu wölben und auf dieses zurückzufallen.
• Zudem tendiert das Schleppen des Werkstücks auf der spülenden, geworfenen Strömung 72' von Zink bei vielen, wenn nicht den meisten der üblichen strukturellen Formen dazu, sie auf die obere Oberfläche des Werkstücks zu ziehen, und die Beschichtung der oberen Oberfläche wird unterstützt durch das etwas zufällige Zurückfallen des geschmolzenen Zinks, nachdem seine kinetische Energie verbraucht ist.
• Der Vorteil dieser Form der Verzinkung einer Außenoberfläche in einer kontinuierlich arbeitenden Herstellungslinie ist, daß sie das Erfordernis für mehrere Größen von Düsen oder Düsenöffnungen in den Fällen beseitigt, in denen umschließende Düsen verwendet wurden, oder das Erfordernis für mehrere Größen von T-Kopf-Verzinkungsrohren in den Fällen beseitigt, in denen diese Methode eingesetzt wird, wenn die Herstellungslinie umgestellt wird zur Herstellung von Leitungen, Rohren oder anderen linearen Elementen anderer Größe oder Form. Die frei fließende Strömung von Zink paßt sich innerhalb von Grenzen allen Größen selbst an.
• Zudem verbleiben die mit den Systemen unserer angegebenen, früheren Patentanmeldungen erfahrenen Vorteile erhalten, d. h. die Beseitigung der Gefahr einer Schnellverdampfung eingeschlossenen Wassers, wenn mangelhafte Fugen während der Inbetriebnahme der Linie die Verzinkungsstation erreichen, die viel schnellere Wiederaufnahme der Produktion nach einem Umstellen der Linie aufgrund der einsatzbereiten Verfügbarkeit des geschmolzenen Zinks durch einfaches Einschalten der Pumpe und die gleichermaßen stark verringerte Pumpanforderung im Vergleich zu der Wannenverzinkung von linearen Elementen, die in einer kontinuierlichen Herstellungslinie produziert werden.

Claims (10)

1. Verfahren zum Verzinken eines aus einem Eisenmetall gebildeten, linearen Elements (12) mittels einer Pumpe (44), wobei das Verfahren umfaßt:

Bereitstellen eines nach oben offenen Reservoirs (14) mit geschmolzenem Zink (18);

Aufrechterhalten einer Inertgasatmosphäre in einem umschlossenen Raum (16) über der Oberfläche des geschmolzenen Zinks in dem Reservoir;

Heizen des zu verzinkenden, linearen Elements auf eine Temperatur, die wenigstens so hoch ist, wie die des geschmolzenen Zinks;

Führen des geheizten linearen Elements axial durch eine Auftragszone, die über der Oberfläche in dem umschlossenen Raum angeordnet ist;

Pumpen einer Strömung (68) des geschmolzenen Zinks unter Druck mit einer vorbestimmten Rate von dem Reservoir zu einer der Auftragszone benachbarten Stelle an einer Seite des linearen Elements;

Werfen der freien Strömung unter Druck von der Pumpe von der Stelle durch die Auftragszone um den ganzen Umfang des linearen Elements in einer Menge, die diejenige übersteigt, welche an dem linearen Element haften wird, wobei die Strömung ausreichend kurz und die Rate ausreichend rasch ist, um eine wesentliche Verfestigung des geschmolzenen Zinks aufgrund einer Kühlung der Strömung in der Inertatmosphäre zu verhindern; und

Erlauben, daß das überschüssige und nicht-haftende geschmolzene Zink von dem linearen Element auf die Oberfläche des geschmolzenen Zinks in dem Reservoir fällt, wodurch das lineare Element mit Zink beschichtet wird, ohne daß ein Heizen der Strömung in der Inertatmosphäre erforderlich ist, und der Überschuß und das nicht-haftende geschmolzene Zink zu dem Reservoir zurückgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Werfens der Strömung (68) den Schritt umfaßt, der Strömung zu erlauben, frei zu bleiben, nachdem die Strömung mit dem linearen Element (12) in Kontakt getreten ist, und eine Oberflächenspannung zu verwenden, um die Strömung zu derjenigen Seite des linearen Elements zu drängen, die der einen Seite entgegengesetzt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt des Werfens einer freien Strömung von geschmolzenem Zink den Schritt umfaßt, eine nach unten gerichtete Kraftkomponente für die Strömung bereitzustellen.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt des Werfens einer freien Strömung von geschmolzenem Zink den Schritt umfaßt, eine nach oben gerichtete Kraftkomponente für die Strömung bereitzustellen.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt des Werfens einer freien Strömung von geschmolzenem Zink den Schritt umfaßt, entgegengesetzte Kraftkomponenten für die Strömung bereitzustellen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das geschmolzene Zink als ein transversaler Vorhang geworfen wird, der breiter als die transversale Abmessung des linearen Elements ist.

7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Schritt des Werfens einer freien Strömung von geschmolzenen Zink den Schritt umfaßt, mehrere verschiedene Strömungen des geschmolzenen Zinks zu werfen, die auf der Oberfläche des linearen Elements zusammenlaufen.

8. Verfahren nach einem vorausgehenden Anspruch, bei welchem dem Schritt des Kühlens ein Abtrennen einer Menge von dem linearen Element vorausgeht, die kleiner als die gesamte Menge des daran haftenden, geschmolzenen Zinks ist.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schritt des Werfens einer freien Strömung den Schritt umfaßt, das geschmolzene Zink von dem Reservoir zu einer Abgabestelle über der Auftragszone zu pumpen.

10. Verfahren nach einem vorausgehenden Anspruch, wobei die vorbestimmte Rate variabel ist.