Hoogste corrosiebescherming met laagste CO2-uitstoot

Het heat-to-coat proces van Wuppermann onderscheidt zich van andere processen voor het thermisch verzinken - d.w.z. het beschermen van het staal tegen corrosie. Naast een aanzienlijk lagere CO2-uitstoot kan dit procédé nog andere voordelen opleveren op het gebied van grondstoffenverbruik, eigenschappen bij verdere verwerking en corrosiebescherming.

Staal is resistent, dekt een breed spectrum van hardheid en kan individueel aan de eisen van de klant worden aangepast. Maar zonder betrouwbare corrosiebescherming verliest het snel de positieve eigenschappen die het zo succesvol maken als bouwmateriaal. Staal roest in de atmosfeer, in water en in de bodem. Het gevolg van corrosie is de vorming van rode roest, die, naast de visuele nadelen bij zichtbare delen, kan leiden tot het uitvallen van onderdelen.

Om dit tegen te gaan, wordt staal bekleed. Van de verschillende mogelijkheden voor corrosiebescherming is het afwerken van staal met zink de meest betrouwbare en doeltreffende. De industrieel belangrijkste methode is thermisch verzinken, waarbij hetzij gereed gevormde stalen onderdelen ondergedompeld worden in een gesmolten bad en gegalvaniseerd worden, hetzij staalbouw continu door een zinkbad wordt gevoerd nadat het op passende wijze thermisch is voorbehandeld. De voorwaarden waaronder de thermische behandeling moet plaatsvinden, worden bepaald door de toestand van het uitgangsmateriaal, of het nu gaat om koudgewalst bandstaal met een sterk geconsolideerde structuur zonder noemenswaardige vervormingscapaciteit of om warmgewalst bandstaal met reeds bruikbare mechanische eigenschappen voor verdere verwerking. In dit verband kunnen de volgende drie thermische verzinkingsprocédés worden onderscheiden:

- Stukverzinken (discontinue),
- Koudband verzinken (continue),
- Warmbandverzinken, incl. heat-to-coat procédé van Wuppermann (continue)

Het "heat-to-coat"-proces wordt toegelicht aan de hand van het voorbeeld van de warmbandverzinkerij van de Wuppermann-groep in Hongarije, die naast de normale zinkcoatings ook de nieuwe zink-aluminium-magnesiumlegering op staalband kan aanbrengen door middel van een wisselpot systeem (zie figuur 1).

Voor alle drie procédés geldt: hoe dikker de zinklaag, hoe hoger de corrosiebescherming. Welke corrosiebescherming nodig is, hangt af van de omgevingsomstandigheden op de plaats waar het latere onderdeel wordt gebruikt. De processen werken gewoonlijk met de volgende zinklaagdiktes per zijde:

Procédé Zinklaagdikte min. zinklaagdikte max.

• Stukverzinken 50 µm 85 µm
• Koudbandverzinken 5 µm 55 µm
• Warmbandverzinken 5 µm 85 µm

De toepassingsgebieden van stukverzinkt en bandverzinkt staal verschillen in grote mate, maar er zijn ook overlappingen, vooral waar verzinkte profielen met hoge zinklagen worden gebruikt. Zo kunnen bijvoorbeeld vangrails langs snelwegen of raamwerken voor zonnepanelen zowel met batchverzinking als op basis van warmbandverzinking worden vervaardigd. Niettemin is de volgende inleiding tot het
heat-to-coat procédé vooral gericht op de vergelijking met het meer vergelijkbare koudbandverzinkprocédé.

Bij koudgewalst bandstaal worden de banden eerst op hoge temperatuur gegloeid in een grote gloeioven direct vóór het thermisch verzinken. In dit proces krijgen zij hun vormcapaciteit terug en bereiken zij zeer speciale smalle mechanische eigenschappen, die vooral in de automobielindustrie worden gevraagd. In tegenstelling tot conventionele bandverzinklijnen is bij het Wuppermann-procédé geen gloeioven nodig (zie figuur 1). Bovendien werkt het
heat-to-coat procédé met een veel lagere maximumtemperatuur. Bij gebruik van koudgewalst bandstaal is een gloeioven nodig om het uitgangsmateriaal opnieuw te kristalliseren. Afhankelijk van de staalsoort gebeurt dit bij temperaturen van 650 tot meer dan 850°C. Bij Wuppermann is herkristallisatie niet nodig door het gebruik van warmband als uitgangsmateriaal - binnen het banddikte spectrum vergelijkbaar met koudband. De maximale bandtemperatuur bedraagt ongeveer 450°C. Het moet alleen hoog genoeg zijn om een reductie van het oppervlak van de strook te bereiken vóór onderdompeling in het gesmolten zink. Dit leidt tot een aanzienlijk lager energieverbruik.
Hierbij spelen ook de verschillende energiebronnen die worden gebruikt een grote rol. In tegenstelling tot standaardinstallaties maakt het "heat-to-coat"-proces geen gebruik van fossiele brandstoffen zoals gas. Wuppermann gebruikt alleen elektriciteit om de band op te warmen en kan dus met relatief korte ovens toe. Afgezien van het feit dat deze ovens goedkoper zijn in de aanschaf, wordt vooral het energieverbruik aanzienlijk verminderd, hetgeen opnieuw zowel de kosten beperkt als het milieu ten goede komt.

Op warmband kunnen zelfs hoge zinklaagdiktes tot 85 µm per zijde reproduceerbaar, uniform en precies over de breedte en lengte van de plaat worden geproduceerd en de structuur van de zinklaag is nog homogeen en vrij van ZnFe-legeringfasen (zie figuur 3). Het zink is bij het continu bandverzinken laag gelegeerd met aluminium om de hechting van de laag met het basismateriaal te verzekeren. Voorts moet worden vermeld dat er geen legeringsmaatregelen zijn genomen om de kristalstructuur van de zinklaag te beïnvloeden.

Deze zinkcoatings hebben een zeer goede hechting op het basismateriaal en zijn ook bestand tegen complexere vervormingsbewerkingen. Ook het hoge niveau van corrosiebescherming wordt gehandhaafd en zo kunnen profielen worden vervaardigd van thermisch verzinkt warmgewalst bandstaal die geschikt zijn voor ongecoat gebruik buitenshuis.

Het "heat-to-coat"-proces maakt een kosteneffectieve en milieuvriendelijke verwerking mogelijk van warmgewalst bandstaal met een dikte van 1 tot 6 mm en een maximale breedte van 1.650 mm. De belangrijkste gebruikte materialen zijn staal voor koudvervormen en dieptrekken, constructiestaal, alsmede staal met een hoge sterkte en laaggelegeerd staal. Coatings tot 85 µm aan één zijde of 1.200 g/m² aan beide zijden kunnen worden bereikt. In tegenstelling tot het batchverzinkproces maakt het continu-verzinkproces het mogelijk staalband te produceren met verschillende zinklaagdiktes aan verschillende zijden, het zogenaamde differentieel verzinken. Dit is van essentieel belang voor bijvoorbeeld gegalvaniseerde stalen buizen, aangezien de noodzakelijke coatingdiktes aan de buiten- en binnenkant kunnen worden aangebracht vanwege de verschillende corrosie-eisen. Dit bespaart zowel middelen als kosten en heeft dus een groot voordeel voor de klant.

De beschreven verschillen in procesontwerp leiden ook tot een betere CO2-voetafdruk van Wuppermann's heat-to-coat proces. Onlangs werd de aanzienlijk lagere CO2-uitstoot dienovereenkomstig bevestigd door het Fraunhofer-instituut voor milieu-, veiligheids- en energietechnologie (UMSICHT). Verdere informatie over de studie is hier te vinden.