Modellierung einer kontinuierlichen Feuerverzinkungsanlage für Warmband

Philipp Thomas Weilguni

doi:10.34901/mul.pub.2025.185

Modellierung einer kontinuierlichen Feuerverzinkungsanlage für Warmband

Translated title of the contribution: Modelling a continuous hot-dip galvanising line for hot-rolled strip

Philipp Thomas Weilguni

Chair of Nonferrous Metallurgy (520)

Research output: Thesis › Doctoral Thesis

Abstract

The dissertation deals with the optimization of the hot-dip galvanizing process in the coating of hot-rolled steel strips with a zinc-aluminum-magnesium (ZM) alloy. The aim is to improve the surface quality of the product and increase the process stability by investigating thermodynamic and kinetic aspects of the oxidation and reduction reactions on steel. The two focal points of the work are the analysis of oxidation and reduction reactions at relevant process temperatures up to a maximum of 500 °C and the mathematical modelling of the plant components relating to the hot phase of the steel. The aim of the literature research is to answer the question of whether and to what extent oxidation and reduction reactions are possible in the temperature range mentioned and whether indications of their kinetics can already be derived from this work. In addition, the basic description of different models for the reaction kinetics is carried out for a possible later evaluation of experimental results. The experimental part should in turn make it possible to demonstrate the influence of different atmospheric compositions on the steel strip surface in order to develop a mathematical model of oxidation and reduction on the basis of these findings. The experiments conducted for this purpose were carried out on a test rig specially designed and set up for this work, which was intended to enable all production parameters to be adequately tested.

Translated title of the contribution	Modelling a continuous hot-dip galvanising line for hot-rolled strip
Original language	German
Qualification	Dr.mont.
Awarding Institution	Montanuniversität
Supervisors/Advisors	Antrekowitsch, Jürgen, Assessor A (internal) Antrekowitsch, Helmut, Supervisor (internal) Schenk, Johannes, Co-Supervisor (internal) Lehner, Markus, Assessor B (internal)
DOIs	https://doi.org/10.34901/mul.pub.2025.185
Publication status	Published - 2025

Bibliographical note

embargoed until 09-04-2030

Keywords

Hot-rolled-Strip
Heat-to-Coat
Galvanizing
Hot-Dip-Galvanizing
Oxidation

Access to Document

10.34901/mul.pub.2025.185Licence: CC BY

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Volltext
Final published version, 4.69 MB
Embargo ends: 9/04/30

Cite this

@phdthesis{7408e631d9f54020b4e05ed9431753a6,

title = "Modellierung einer kontinuierlichen Feuerverzinkungsanlage f{\"u}r Warmband",

abstract = "Die Dissertation befasst sich mit der Optimierung des Feuerverzinkungsprozesses bei der Beschichtung von warmgewalzten Stahlb{\"a}ndern mit einer Zink-Aluminium-Magnesium (ZM) Legierung. Ziel ist es, die Oberfl{\"a}chenqualit{\"a}t des Produktes zu verbessern und die Prozessstabilit{\"a}t zu erh{\"o}hen, indem thermodynamische und kinetische Aspekte der Oxidations- und Reduktionsreaktionen auf Stahl untersucht werden. Die beiden Schwerpunkte der Arbeit sind die Analyse von Oxidations- und Reduktionsreaktionen bei relevanten Prozesstemperaturen bis maximal 500 °C und die mathematische Modellierung der die Hei{\ss}phase des Stahls betreffenden Anlagenteile. In der Literaturrecherche soll die Fragestellung beantwortet werden, ob und in welchem Ausma{\ss} Oxidations- und Reduktionsreaktionen im genannten Temperaturbereich m{\"o}glich sind und ob sich aus diesen Arbeiten bereits Hinweise auf deren Kinetik ableiten lassen. Zus{\"a}tzlich erfolgt f{\"u}r eine m{\"o}gliche sp{\"a}tere Bewertung von Versuchsergebnissen die grunds{\"a}tzliche Beschreibung unterschiedlicher Modelle f{\"u}r die Reaktionskinetik. Der experimentelle Teil soll es wiederum erm{\"o}glichen, den Einfluss unterschiedlicher Atmosph{\"a}renzusammensetzungen auf die Stahlbandoberfl{\"a}che darzulegen, um auf Basis dieser Erkenntnisse ein Modell der Oxidation und der Reduktion zu entwickeln. Die daf{\"u}r durchgef{\"u}hrten Versuche erfolgten an einem eigens f{\"u}r diese Arbeit konzipierten und aufgebauten Versuchsstand, der erm{\"o}glichen sollte, alle Produktionsparameter ausreichend abzubilden. Das daraus resultierende Modell soll sowohl in ein digitales Abbild der Prozessteile Ofen, Kessel und K{\"u}hlstrecke integriert werden sowie im Zuge eine CFD-Simulation die Vorg{\"a}nge im Ofen bei der Bandkonditionierung beschreiben. Damit ist es m{\"o}glich, Know-how {\"u}ber die zugrundeliegenden Prozesse im Ofen aufzubauen. Au{\ss}erdem soll gew{\"a}hrleistet werden, aufgrund dieser neuen Erkenntnisse zuk{\"u}nftig Adaptierungen der Anlage anzusto{\ss}en und deren Nutzen beziehungsweise deren Machbarkeit zu bewerten.",

keywords = "Verzinken, Schmelztauchveredelung, Warmband, Oxidation, Heat-to-Coat, Hot-rolled-Strip, Heat-to-Coat, Galvanizing, Hot-Dip-Galvanizing, Oxidation",

author = "Weilguni, {Philipp Thomas}",

note = "gesperrt bis 09-04-2030",

year = "2025",

doi = "10.34901/mul.pub.2025.185",

language = "Deutsch",

school = "Montanuniversit{\"a}t Leoben (000)",

}

TY - BOOK

T1 - Modellierung einer kontinuierlichen Feuerverzinkungsanlage für Warmband

AU - Weilguni, Philipp Thomas

N1 - gesperrt bis 09-04-2030

PY - 2025

Y1 - 2025

N2 - Die Dissertation befasst sich mit der Optimierung des Feuerverzinkungsprozesses bei der Beschichtung von warmgewalzten Stahlbändern mit einer Zink-Aluminium-Magnesium (ZM) Legierung. Ziel ist es, die Oberflächenqualität des Produktes zu verbessern und die Prozessstabilität zu erhöhen, indem thermodynamische und kinetische Aspekte der Oxidations- und Reduktionsreaktionen auf Stahl untersucht werden. Die beiden Schwerpunkte der Arbeit sind die Analyse von Oxidations- und Reduktionsreaktionen bei relevanten Prozesstemperaturen bis maximal 500 °C und die mathematische Modellierung der die Heißphase des Stahls betreffenden Anlagenteile. In der Literaturrecherche soll die Fragestellung beantwortet werden, ob und in welchem Ausmaß Oxidations- und Reduktionsreaktionen im genannten Temperaturbereich möglich sind und ob sich aus diesen Arbeiten bereits Hinweise auf deren Kinetik ableiten lassen. Zusätzlich erfolgt für eine mögliche spätere Bewertung von Versuchsergebnissen die grundsätzliche Beschreibung unterschiedlicher Modelle für die Reaktionskinetik. Der experimentelle Teil soll es wiederum ermöglichen, den Einfluss unterschiedlicher Atmosphärenzusammensetzungen auf die Stahlbandoberfläche darzulegen, um auf Basis dieser Erkenntnisse ein Modell der Oxidation und der Reduktion zu entwickeln. Die dafür durchgeführten Versuche erfolgten an einem eigens für diese Arbeit konzipierten und aufgebauten Versuchsstand, der ermöglichen sollte, alle Produktionsparameter ausreichend abzubilden. Das daraus resultierende Modell soll sowohl in ein digitales Abbild der Prozessteile Ofen, Kessel und Kühlstrecke integriert werden sowie im Zuge eine CFD-Simulation die Vorgänge im Ofen bei der Bandkonditionierung beschreiben. Damit ist es möglich, Know-how über die zugrundeliegenden Prozesse im Ofen aufzubauen. Außerdem soll gewährleistet werden, aufgrund dieser neuen Erkenntnisse zukünftig Adaptierungen der Anlage anzustoßen und deren Nutzen beziehungsweise deren Machbarkeit zu bewerten.

AB - Die Dissertation befasst sich mit der Optimierung des Feuerverzinkungsprozesses bei der Beschichtung von warmgewalzten Stahlbändern mit einer Zink-Aluminium-Magnesium (ZM) Legierung. Ziel ist es, die Oberflächenqualität des Produktes zu verbessern und die Prozessstabilität zu erhöhen, indem thermodynamische und kinetische Aspekte der Oxidations- und Reduktionsreaktionen auf Stahl untersucht werden. Die beiden Schwerpunkte der Arbeit sind die Analyse von Oxidations- und Reduktionsreaktionen bei relevanten Prozesstemperaturen bis maximal 500 °C und die mathematische Modellierung der die Heißphase des Stahls betreffenden Anlagenteile. In der Literaturrecherche soll die Fragestellung beantwortet werden, ob und in welchem Ausmaß Oxidations- und Reduktionsreaktionen im genannten Temperaturbereich möglich sind und ob sich aus diesen Arbeiten bereits Hinweise auf deren Kinetik ableiten lassen. Zusätzlich erfolgt für eine mögliche spätere Bewertung von Versuchsergebnissen die grundsätzliche Beschreibung unterschiedlicher Modelle für die Reaktionskinetik. Der experimentelle Teil soll es wiederum ermöglichen, den Einfluss unterschiedlicher Atmosphärenzusammensetzungen auf die Stahlbandoberfläche darzulegen, um auf Basis dieser Erkenntnisse ein Modell der Oxidation und der Reduktion zu entwickeln. Die dafür durchgeführten Versuche erfolgten an einem eigens für diese Arbeit konzipierten und aufgebauten Versuchsstand, der ermöglichen sollte, alle Produktionsparameter ausreichend abzubilden. Das daraus resultierende Modell soll sowohl in ein digitales Abbild der Prozessteile Ofen, Kessel und Kühlstrecke integriert werden sowie im Zuge eine CFD-Simulation die Vorgänge im Ofen bei der Bandkonditionierung beschreiben. Damit ist es möglich, Know-how über die zugrundeliegenden Prozesse im Ofen aufzubauen. Außerdem soll gewährleistet werden, aufgrund dieser neuen Erkenntnisse zukünftig Adaptierungen der Anlage anzustoßen und deren Nutzen beziehungsweise deren Machbarkeit zu bewerten.

KW - Verzinken

KW - Schmelztauchveredelung

KW - Warmband

KW - Oxidation

KW - Heat-to-Coat

KW - Hot-rolled-Strip

KW - Heat-to-Coat

KW - Galvanizing

KW - Hot-Dip-Galvanizing

KW - Oxidation

U2 - 10.34901/mul.pub.2025.185

DO - 10.34901/mul.pub.2025.185

M3 - Dissertation

ER -