ITMI20071164A1

ITMI20071164A1 - Metodo e dispositivo per il controllo dello spessore di rivestimento di un prodotto metallico piano

Info

Publication number: ITMI20071164A1
Authority: IT
Inventors: Andrea Codutti; Fabio Guastini; Milorad Pavlicevic; Alfredo Poloni
Original assignee: Danieli Off Mecc
Priority date: 2007-06-08
Filing date: 2007-06-08
Publication date: 2008-12-09
Also published as: CN101720360A; WO2008149217A3; EP2165000A2; CN101720360B; EP2165000B1; WO2008149217A2

Description

Descrizione dell’invenzione industriale dal titolo: “Metodo e dispositivo per il controllo dello spessore di rivestimento di un prodotto metallico piano”

DESCRIZIONE

Campo dell'invenzione

La presente invenzione si riferisce ad un metodo e ad un dispositivo per il controllo dello spessore di rivestimento di un prodotto metallico piano, quale un nastro d’acciaio, durante il processo di galvanizzazione in continuo dello stesso per immersione a caldo, detto anche brevemente “hot dip” dalla terminologia inglese.

Stato della tecnica

Nel processo di zincatura per immersione in bagno caldo, un nastro metallico opportunamente pretrattato termicamente in atmosfera non ossidante/riducente viene immerso in un bagno di Zn fuso (440°C-470°C) e attraverso dei rulli immersi nel bagno viene guidato fuori dallo stesso in direzione verticale.

La quantità di Zn liquido estratto dal nastro nel passaggio attraverso il bagno fuso è determinata dall’equilibrio della forza gravitazionale con le forze viscose, e lo spessore dello strato di Zn liquido che si deposita su entrambe le superfici del nastro risulta essere proporzionale alla velocità del nastro e alle proprietà fisiche dello Zn fuso, quali la viscosità cinematica e la tensione superficiale.

Per ridurre lo spessore di Zn depositato sul nastro, fino ai valori determinati dalle specifiche di utilizzo finale dei nastri, si ricorre comunemente all’uso di getti o lame ad aria, in inglese note come “Air Knives”, o di altro gas, usualmente vapore o N2.

I dispositivi utilizzati comprendono generalmente due ugelli di sezione rettangolare, o di altra forma, posti ai lati del nastro ad una predeterminata distanza sia dal nastro che dalla superficie libera del bagno di Zn, da cui esce un getto di gas convenientemente a temperatura ambiente. Con tali getti di gas si realizza la riduzione dello spessore dello strato di zinco che ricopre la superficie del nastro, forzando parte del metallo liquido al ritorno verso il bagno.

Lo stesso tipo di procedimento si può impiegare per ricoprire nastri metallici con leghe Zn-Fe, Zn-AI, alluminio e stagno.

La lama d’aria è caratterizzata da una distribuzione di pressione molto stretta sulla zona di impatto, larga pochi millimetri, ad esempio 3-5 mm, e dalla presenza di una zona un po’ più estesa di azione dello sforzo di taglio. L’effetto principale della distribuzione della pressione è quello di generare una forza, dovuta al gradiente di pressione sullo spessore dello zinco liquido, che tagli bruscamente la vena liquida e riduca lo spessore del rivestimento rimandando indietro la quantità di Zn in eccesso. Il valore di questa forza è massimo quando il getto di gas è perpendicolare alla superficie del nastro.

Il valore dello spessore finale del rivestimento è determinato anche dall’azione dello sforzo di taglio generato sul nastro dal gas. Tale valore è minimo quando il getto di gas è perpendicolare alla superficie del nastro. Il gas che impatta sul nastro zincato e poi scorre sulle sue superfici raffredda lo zinco e il nastro soprattutto nella zona di impatto del gas. Poiché lo spessore finale del rivestimento è proporzionale alla velocità del nastro, per ottenere lo stesso spessore a velocità crescenti è necessario aumentare la pressione esercitata dalle lame ad aria. Questo effetto comporta l’aumento della portata del gas oppure la riduzione dell’apertura degli ugelli delle lame ad aria.

Le norme internazionali e le richieste del mercato stabiliscono un numero discreto di spessori di rivestimento ammissibili e le rispettive tolleranze adattati alle successive applicazioni industriali. Oltre a realizzare gli spessori desiderati, è necessario ottenere la costanza dello spessore e la massima uniformità della superficie zincata sia per garantire la qualità del rivestimento che per ridurre al minimo la quantità di Zn necessario ad ottenere un dato rivestimento, ottenendone un vantaggio economico. Svantaggio principale della tecnologia a lame d’aria è quello di provocare un forte raffreddamento e quindi la solidificazione prematura dello Zn sotto l’azione della lama ad aria, specialmente quando si aumenta la pressione di alimentazione con lo scopo di ottenere spessori di rivestimento sempre minori. Ciò significa diminuire l’efficacia di riduzione dello spessore di Zn.

Altri limiti della tecnologia a lame d’aria sono rappresentati dalla non uniformità del rivestimento ottenuto e dalla velocità limitata consentita al nastro, e quindi una limitata produttività.

Un problema molto importante è dovuto alla differente situazione fluidodinamica e termica presente al centro del nastro rispetto ai bordi dello stesso. Questa situazione, infatti, comporta che lo spessore del rivestimento non sia uniforme su tutta la larghezza del nastro ma risulti maggiore ai bordi. I bordi del nastro, infatti, si raffreddano più rapidamente rispetto al centro del nastro creando variazioni nelle proprietà fìsiche dello Zn liquido, in particolare nella viscosità cinematica, che generano forze di superficie (effetto Marangoni) che provocano l'accumulo di rivestimento nei pressi dei bordi. Il problema viene risolto solamente parzialmente utilizzando lame o maschere per deflettere il getto di gas ai bordi del nastro oppure ugelli a farfalla che aumentano la portata di gas sui bordi.

L’accumulo di rivestimento vicino ai bordi, oltre che a creare problemi di bobinatura e successivamente di planarità del nastro zincato, comporta anche problemi di uniformità delle proprietà del rivestimento quando il nastro viene sottoposto a successivi trattamenti, ad esempio ad un riscaldamento e un mantenimento per un tempo opportuno ad una temperatura vicina al punto di fusione dello zinco, trattamento noto in inglese con il termine "galvannealing”. Inoltre, questo accumulo non permette di ridurre al minimo la quantità di Zn necessaria ad ottenere un dato rivestimento, con conseguenti svantaggi economici.

Un altro problema è rappresentato dal fatto che, a causa della zona molto limitata di applicazione della forza di pressione, la variazione di spessore dello Zn è molto brusca e, in funzione della portata del gas e dello sforzo di taglio che dipende fortemente anche dalla inclinazione del getto rispetto alla superficie del nastro, per un dato spessore finale di Zn depositato sul nastro, esiste una velocità limite di avanzamento del nastro oltre la quale sulla superficie dello strato di rivestimento si innescano instabilità ed onde fino al rilascio di gocce liquide e solide neN’ambiente in prossimità delle lame ad aria. Questo fenomeno, noto con il nome di “splashing”, è generalmente amplificato dalle vibrazioni ed oscillazioni sempre presenti sul nastro. Lo “splashing” produce grossi problemi sia per la qualità del prodotto, producendo le cosidette “jet lines”, sia per la sicurezza ambientale a causa delle polveri rilasciate, e rappresenta una delle principali cause che limitano la produttività degli attuali impianti di zincatura.

Un limite della tecnologia a lame d’aria è rappresentato anche dal fatto che il flusso d’aria produce una ossidazione del rivestimento che è tanto più intensa quanto maggiore sono la velocità e la portata del gas. Questo genera difetti sul prodotto finale e contribuisce al rilascio di polveri neN’ambiente. Le realizzazioni di sistemi di taglio con gas inerte, quale N2, utilizzate per ovviare a questo inconveniente, riescono soltanto parzialmente a risolvere il problema e comunque a costi maggiori rispetto alle classiche lame ad aria.

Un ulteriore limite riguarda il fatto che, fissata la velocità di avanzamento del nastro, lo spessore finale del rivestimento dipende dal picco della forza di gradiente di pressione ma la pressione deH’aria, o del gas, deve essere mantenuta entro certi limiti onde evitare di raggiungere velocità supersoniche dell’aria con conseguenti problemi di vibrazione, battimenti e instabilità nella posizione del nastro, e rumore eccessivo nell’impianto. Quindi, nel caso in cui sia fissato lo spessore finale del rivestimento ad un valore relativamente ridotto, non potendo aumentare troppo la pressione deH’aria occorre limitare la velocità del nastro e quindi la produttività della linea, ma ciò è in contrasto con le attuali esigenze di competitività commerciale che richiedono velocità superiori a 200 m/min.

E’ sentita pertanto l’esigenza di realizzare un metodo ed un relativo dispositivo per il controllo dello spessore di un rivestimento di prodotti metallici, in uscita da un bagno caldo, che sia in grado si superare i suddetti inconvenienti.

Sommario dell’invenzione

Uno scopo della presente invenzione è quello di prevedere un metodo e un relativo dispositivo per realizzare una operazione di rimozione controllata del rivestimento in eccesso nello stadio finale della galvanizzazione in continuo per immersione a caldo di un prodotto metallico piano, quale ad esempio un nastro di acciaio, mediante l'utilizzo congiunto di campi elettromagnetici non continui e di getti di gas in modo tale da controllare efficacemente il peso del rivestimento e l'uniformità di distribuzione dello stesso, compensando l’effetto di raffreddamento delle lame d’aria mediante un riscaldamento per induzione localizzato del rivestimento.

Un altro scopo è quello di utilizzare la combinazione di lame ad aria e campi magnetici, generanti forze elettromagnetiche cooperanti le forze di pressione pneumatica, al fine di ridurre la pressione di alimentazione dell’aria e quindi di ridurre i problemi di “splashing” e di ossidazione del rivestimento.

Un altro scopo dell’invenzione riguarda la possibilità di aumentare la velocità di avanzamento del nastro e, quindi, la produttività massima delle attuali linee di galvanizzazione.

Per raggiungere gli scopi menzionati, secondo un primo aspetto della presente invenzione, è previsto un metodo per il controllo dello spessore di rivestimento di un prodotto metallico piano, definente una direzione di avanzamento in uscita da un bagno di materiale di rivestimento fuso in processi di galvanizzazione in continuo per immersione a caldo, in cui sono previsti primi mezzi di generazione di almeno un campo magnetico alternato e secondi mezzi di generazione di getti di gas, atti a produrre getti di gas diretti sulle superfici di maggiore estensione di detto prodotto, entrambi detti mezzi essendo disposti in prossimità di dette superfici, il metodo comprendente, conformemente alla rivendicazione 1, i seguenti stadi:

a) generazione di almeno un campo magnetico alternato, mediante detti primi mezzi, in prossimità di dette superfici del prodotto, detto campo causante una distribuzione di correnti indotte sulle superfici tale da produrre almeno un’area di riscaldo su di esse;

b) generazione di getti di gas, mediante detti secondi mezzi, in corrispondenza di detta almeno un’area di riscaldo in modo da ottenere un predeterminato spessore uniforme di rivestimento su tutta la larghezza del prodotto.

Un secondo aspetto dell’invenzione prevede un dispositivo per il controllo dello spessore di rivestimento di un prodotto metallico piano, definente una direzione di avanzamento in uscita da un bagno di materiale di rivestimento fuso in processi di galvanizzazione in continuo per immersione a caldo, che, conformemente alla rivendicazione 13, comprende mezzi di generazione di almeno un campo magnetico alternato, idonei a produrre una distribuzione di correnti indotte sulle superfici di maggiore estensione di detto prodotto tale da produrre almeno un’area di riscaldo su di esse, e mezzi di generazione di getti di gas, atti a produrre getti di gas diretti su dette superfici, entrambi detti mezzi essendo disposti in prossimità di dette superfici con i mezzi di generazione dei getti di gas previsti al di sopra o in corrispondenza di detta almeno un’area di riscaldo in modo da ottenere un predeterminato spessore uniforme di rivestimento su tutta la larghezza del prodotto.

Per la legge dell’induzione elettromagnetica applicando almeno un campo magnetico alternato di induzione, in prossimità delle superfici di maggiore estensione di un nastro, si avranno forze elettromotrici indotte nel materiale del nastro e del suo rivestimento, ancora liquido, e quindi correnti elettriche di induzione con intensità dipendente, tra l’altro, dalle resistività dei materiali. Il verso di queste correnti è sempre tale da opporsi alla causa che lo crea, in particolare alla variazione del flusso magnetico dovuta sia alla variazione del campo sia allo spostamento del nastro rispetto al campo nel tempo.

Le correnti indotte generano un riscaldo nel rivestimento di Zn e nel nastro la cui entità dipende dalla intensità e dalla frequenza del campo magnetico imposto. Il riscaldamento del nastro è anche funzione dell’andamento geometrico che presentano i tubi di flusso magnetico richiudenti nel nastro.

Il metodo della presente invenzione consente vantaggiosamente di modificare i percorsi che i flussi magnetici compiono nel chiudersi nel giogo magnetico, attraversando il nastro sottoposto al processo di galvanizzazione. Si riesce quindi a dosare, nel nastro, il fenomeno del riscaldamento per induzione elettromagnetica, sia in modo concentrato sia in modo distribuito, variando il modulo e la frequenza dell’induzione magnetica ed il percorso dei flussi di campo. I tubi di flusso possono presentarsi sostanzialmente in configurazioni diverse mediante il controllo delle correnti che alimentano il circuito magnetico in questione.

La diversa distribuzione del flusso va ad influire sulla diversa distribuzione delle correnti indotte nel nastro e di conseguenza sul riscaldamento indotto. Con il metodo dell’invenzione si riesce in tal modo a controllare le aree di riscaldo sul nastro e l’intensità di questo riscaldo.

Vantaggiosamente tale metodo prevede un riscaldo che, in certe condizioni, si concentra di più sui bordi a causa del ritorno delle correnti elettriche. In questo caso è possibile compensare il naturale sovraraffreddamento dei bordi del nastro rispetto al centro.

Inoltre, poiché anche le forze generate sul rivestimento di Zn sono proporzionali alla frequenza e alla intensità del campo magnetico imposto, è possibile ottimizzare tali parametri in modo da ottenere il massimo delle forze sullo Zn inducendo dei contenuti riscaldi nello Zn e nel nastro che favoriscono l’azione della forza di volume, in quanto rendono più fluido lo Zn liquido riducendone la viscosità cinematica e la tensione superficiale. In questo modo, inoltre, non vengono provocati surriscaldi tali da produrre problemi metallurgici al processo di rivestimento.

Grazie al campo magnetico non continuo, alternato o impulsato, si genera vantaggiosamente un riscaldamento per induzione del nastro e del materiale di rivestimento o direttamente nella zona di azione dei getti di gas o in una zona adiacente al sopra di detta zona di azione, evitando così un raffreddamento intensivo del materiale di rivestimento da parte del gas e il rischio di una sua solidificazione prematura. Il riscaldamento per induzione, oltre ad aumentare la temperatura superficiale del materiale di rivestimento, vantaggiosamente ne diminuisce la tensione superficiale e la viscosità cinematica, in particolare in corrispondenza dei bordi del nastro.

Con la presente invenzione si risolve anche il problema dell’accumulo di Zn sui bordi del nastro in quanto la temperatura dello Zn e del nastro risultano più uniformi sullo spessore del nastro.

Si ottiene così un nastro con uno spessore di rivestimento uniforme su tutta la sua superficie, evitando di conseguenza i problemi di bobinatura e successivamente di planarità del nastro zincato, ed i problemi di uniformità delle proprietà del rivestimento quando il nastro viene sottoposto a successivi trattamenti, ad esempio ad un trattamento di “galvannealing". Inoltre viene ridotta al minimo la quantità di Zn necessaria ad ottenere un determinato rivestimento, con conseguenti vantaggi economici. I campi magnetici alternati possono essere applicati in direzione sostanzialmente parallela oppure in direzione sostanzialmente perpendicolare al nastro. Eventualmente i suddetti campi magnetici possono essere applicati in entrambi le direzioni, parallela e perpendicolare al nastro.

Il metodo della presente invenzione si può applicare per controllare lo spessore di rivestimento di nastri d'acciaio in uscita da un bagno caldo, ad esempio, di zinco, leghe Zn-Fe e Zn-AI, alluminio, leghe di Al e stagno.

Breve descrizione delle Figure

Ulteriori caratteristiche e vantaggi risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di forme di realizzazione preferite, ma non esclusive, del metodo e del dispositivo dell’invenzione con l’ausilio delle unite tavole di disegno in cui:

la Fig. 1 rappresenta uno schema del processo di immersione di un nastro in un bagno metallico fuso con successiva applicazione di lame ad aria;

la Fig. 2a rappresenta una porzione di nastro sul quale è applicato un primo campo magnetico avente una prima direzione;

la Fig. 2b rappresenta una vista dall’alto del nastro con schema delle correnti indotte dal campo magnetico di Fig. 2a;

la Fig. 3 rappresenta una prima forma di realizzazione schematica del dispositivo dell’invenzione;

la Fig. 3a rappresenta in maggior dettaglio il dispositivo di Fig. 3;

la Fig. 3b rappresenta una variante del dispositivo di Fig. 3a;

la Fig. 3c rappresenta una ulteriore variante del dispositivo di Fig. 3a;

la Fig. 4 rappresenta una seconda forma di realizzazione schematica del dispositivo dell’invenzione;

la Fig. 4a rappresenta in maggior dettaglio il dispositivo di Fig. 4;

la Fig. 5a rappresenta una porzione di nastro sul quale è applicato un secondo campo magnetico avente una seconda direzione;

la Fig. 5b rappresenta una vista laterale del nastro con schema delle correnti indotte dal campo magnetico di Fig. 5a;

la Fig. 6 rappresenta una terza forma di realizzazione schematica del dispositivo dell'invenzione;

la Fig. 6a rappresenta in maggior dettaglio il dispositivo di Fig. 6;

la Fig. 7 rappresenta una quarta forma di realizzazione schematica del dispositivo dell’invenzione;

la Fig. 8a rappresenta una porzione di nastro sul quale è applicato un terzo campo magnetico avente la stessa seconda direzione;

la Fig. 8b rappresenta una vista laterale del nastro con schema delle correnti indotte dal campo magnetico di Fig. 8a;

la Fig. 9 rappresenta una quinta forma di realizzazione schematica del dispositivo dell’invenzione;

la Fig. 9a rappresenta in maggior dettaglio il dispositivo di Fig. 9;

la Fig. 10 rappresenta una sesta forma di realizzazione schematica del dispositivo dell’invenzione;

la Fig. 11a rappresenta una porzione di nastro sul quale sono applicati contemporaneamente detti secondo e terzo campi magnetici;

la Fig. 11 b rappresenta una vista laterale del nastro con schema delle correnti indotte dai campi magnetici di Fig. 11a;

la Fig. 12 rappresenta una settima forma di realizzazione schematica del dispositivo dell’invenzione;

la Fig. 13 rappresenta una ottava forma di realizzazione schematica del dispositivo dell’invenzione;

le Figure 14a, 14b e 14c rappresentano modi di posizionamento delle lame ad aria rispetto ad aree di riscaldo realizzate sul nastro in movimento;

la Fig. 15 rappresenta una variante della forma di realizzazione del dispositivo di Fig. 12;

la Fig. 16 rappresenta una sezione di una variante del dispositivo conforme alla presente invenzione.

Descrizione dettagliata di forme di realizzazione preferite dell’invenzione Uno schema del processo di zincatura di un nastro metallico per immersione in bagno caldo è illustrato in Fig. 1. Il nastro metallico 1, opportunamente pretrattato termicamente in atmosfera non ossidante/riducente, viene immerso nel bagno 2 di Zn fuso e, attraverso dei rulli 3 immersi nel bagno, viene guidato fuori dallo stesso in direzione verticale ad una predeterminata velocità.

Al di sopra del bagno 2 sono previsti, in corrispondenza di ciascun lato di maggiore estensione del nastro, mezzi di generazione di getti di gas, comprendenti ugelli o lame ad aria 4 idonei a produrre getti o lame di aria o altro gas, quale vapore o N2, e quindi forze pneumatiche per ridurre lo spessore di Zn depositato sul nastro. La pressione di alimentazione degli ugelli 4 è preferibilmente compresa tra 0,1 bar e 1 bar.

Per eseguire il metodo della presente invenzione, un relativo dispositivo comprende mezzi di generazione di campi elettromagnetici non continui, alternati o impulsati, per la rimozione del materiale di rivestimento in eccesso mediante il riscaldo a induzione degli strati di rivestimento 11 del nastro, detti mezzi essendo vantaggiosamente combinati con i suddetti mezzi di generazione di getti di gas.

I mezzi di generazione dei campi magnetici alternati possono comprendere uno o più gioghi magnetici, i cui poli magnetici hanno predeterminate geometrie, o una o più bobine o spire avvolte, disposti in prossimità del nastro ed alimentati da corrente alternata.

Una prima forma di realizzazione del metodo della presente invenzione prevede la generazione di un campo magnetico B alternato longitudinale avente una direzione sostanzialmente parallela alla direzione di avanzamento del nastro, ossia quella verticale, come illustrato in Fig. 2a. L’azione di riscaldo ottenuta è uniforme e l’area di riscaldo 5 corrisponde ad una area sostanzialmente rettangolare in corrispondenza della zona di impatto 12 dei getti di gas. L’area di riscaldo 5 copre vantaggiosamente tutta la larghezza del nastro 1 , bordi inclusi.

II riscaldamento indotto dal campo longitudinale B uniforme dipende dall'intensità e dalla distribuzione delle correnti indotte 6, le quali sono funzione dello spessore di penetrazione della corrente nel nastro, dipendente dalla frequenza di induzione magnetica, e funzione dello spessore del nastro stesso.

Vantaggiosamente, per ottenere un riscaldamento ottimale la frequenza dell’induzione magnetica generata viene variata in modo tale da ottenere un predeterminato rapporto tra spessore del nastro e spessore di penetrazione delle correnti indotte nel nastro stesso, preferibilmente compreso tra 0,5 e 20. Ad esempio, per nastri di spessore variabile da 0,2 mm a 4 mm è opportuno lavorare con frequenze variabili da 500 Hz a 500000 Hz.

L’intensità del campo magnetico alternato è, invece, preferibilmente compresa tra 0,05 e 1 T in aria in corrispondenza della zona di “wiping”, ossia della zona di azione delle lame ad aria.

Questa prima forma di realizzazione del metodo dell’invenzione può essere realizzata mediante un dispositivo comprendente in una prima variante una o più bobine o spire 7, avvolte intorno al nastro 1 ed alimentate con corrente alternata o pulsante in modo da creare un campo magnetico B, alternato o pulsante, longitudinale all’interno di essa, come illustrato in Fig. 3, o comprendente in una seconda variante giochi magnetici provvisti di poli 8, 8’, disposti in corrispondenza di ciascuna superficie di maggiore estensione del nastro, aventi la stessa funzione, disposti secondo lo schema di Fig. 4. In questo ultimo caso il flusso magnetico generato passa dai poli superiori 8 ai poli inferiori 8’ del rispettivo giogo magnetico, parallelamente alla direzione di avanzamento del nastro.

Nella prima variante del dispositivo sono vantaggiosamente previsti ugelli 4 disposti in prossimità della bobina 7, preferibilmente in corrispondenza di metà avvolgimento, come illustrato in Fig. 3a. Le spire della bobina 7 possono anche essere disposte più vicine al nastro in alto e via via più lontane dal nastro in basso, come illustrato in Fig. 3b, oppure possono essere previste in un numero via via decrescente lungo la verticale verso il bagno di materiale di rivestimento fuso, ossia dall'alto in basso come illustrato in Fig. 3c. Nella forma di realizzazione illustrata in Fig. 3b l’angolo di apertura β della bobina 7 rispetto alla verticale è preferibilmente compreso tra 0 e 60°.

La seconda variante del dispositivo, illustrata in Fig. 4a, prevede invece mezzi di generazione di campi elettromagnetici comprendenti due induttori, ciascuno costituito ad esempio da uno o più avvolgimenti o bobine 30 avvolte attorno a un nucleo o giogo ferromagnetico 31, sostanzialmente a forma di C, mentre i mezzi di generazione di getti di gas comprendono per ciascun induttore una struttura di supporto e di alimentazione degli ugelli 4, comprendente un collettore di alimentazione 32 di gas e gli ugelli stessi, posti in prossimità di ciascuna superficie 11 di maggiore estensione del nastro di acciaio 1 in uscita dal bagno fuso del materiale di rivestimento.

I nuclei ferromagnetici 31, sostanzialmente a forma di C, sono del tipo a lamine oppure compatti e realizzati in materiale ferromagnetico o magneto-dielettrico o ferritico, mentre le bobine 30 sono disposte una di fronte all'altra da ciascun lato del nastro di acciaio 1 e possono essere raffreddate ad acqua. E’ previsto il controllo della frequenza del campo magnetico alternante in funzione del tipo e della qualità del rivestimento da rimuovere.

Vantaggiosamente essendo la struttura di supporto, comprendente il collettore di alimentazione 32 e gli ugelli 4, disposta all'interno dei nuclei ferromagnetici 31, la sovrapposizione dei getti di gas con la zona di azione del riscaldo per induzione è sempre garantita.

Gli ugelli 4, disposti in prossimità di poli a giogo magnetico 8, 8’ di ciascun nucleo ferromagnetico 31, possono trovarsi all'interno o all’esterno degli induttori.

Per la realizzazione del campo magnetico B alternato o pulsante, avente direzione sostanzialmente parallela alla direzione di avanzamento del nastro, le bobine 30 sono percorse da corrente alternata o pulsante con un angolo di sfasamento tra le correnti pari a 180° in modo che sia presente solo un flusso magnetico longitudinale generato dagli anelli di flusso magnetico 33, 33’ circolanti su ciascun induttore.

Una seconda forma di realizzazione del metodo dell’invenzione prevede, invece, la generazione di un campo magnetico B’ alternato non uniforme avente una direzione sostanzialmente perpendicolare alla direzione di avanzamento del nastro, come illustrato in Fig. 5a.

L’azione di riscaldo ottenuta non è uniforme sul nastro. In particolare, il campo B’ presenta un gradiente il quale causa una distribuzione di corrente indotta rappresentata della linea curva 6’ tale da riscaldare sia i bordi sia il centro del nastro. Il riscaldamento risulta essere localizzato in più aree di riscaldo:

- una prima area centrale 9 rispetto alla superficie del nastro, sostanzialmente ellittica, in corrispondenza della zona di impatto 12 dei getti di gas;

- e due seconde aree di riscaldo laterali 9’, disposte al di sopra della prima area centrale 9, in corrispondenza dei bordi del nastro.

Il gradiente del campo magnetico B’ può essere realizzato, in una prima variante, alimentando un giogo magnetico i cui poli 10 al traferro presentino una geometria simile a quella illustrata in Fig. 6, provvisti di una superficie inclinata 20 di un angolo di ampiezza preferibilmente compresa tra 0° e 60° rispetto ad un piano verticale.

Questa prima variante, illustrata in Fig. 6a, comprende due induttori, ciascuno costituito ad esempio da uno o più avvolgimenti o bobine 30’ avvolte attorno a un nucleo o giogo ferromagnetico 31’. Le due parti del giogo 31’, disposte ciascuna in corrispondenza di una superficie di maggiore estensione del nastro 1 , sono vantaggiosamente collegate sul piano orizzontale perpendicolare al foglio in modo da chiudere e massimizzare il flusso magnetico. I mezzi di generazione di getti di gas comprendono per ciascun induttore una struttura di supporto e di alimentazione di ugelli 4’, comprendente un collettore di alimentazione 32’ di gas, disposta all’esterno del giogo ferromagnetico 31’. Gli ugelli 4’ sono disposti immediatamente al di sopra di detti induttori e leggermente inclinati verso il basso in modo da far coincidere la zona del getto di gas con quella di azione del campo magnetico B’. Questa soluzione permette un più facile accesso per la pulizia degli ugelli in quanto la parte superiore degli stessi risulta libera.

Il gradiente del campo magnetico B’ può essere realizzato in una seconda variante alternativa adottando una serie o matassa di spire 7’ non uniformemente distribuite del tipo illustrato in Fig. 7. Le spire 7’, disposte solo da un lato rispetto alla direzione di avanzamento del nastro, sono avvolte in modo da definire assi perpendicolari a detta direzione ed una superficie interna inclinata rispetto ad un piano verticale di un angolo di ampiezza preferibilmente compresa tra 0° e 60°.

Una terza forma di realizzazione del metodo dell’invenzione si ottiene invertendo il gradiente del campo magnetico B” alternato non uniforme, come illustrato in Fig. 8a.

In questo caso, il gradiente del campo magnetico B" causa una distribuzione di corrente indotta rappresentata della linea curva 6” tale da riscaldare sia i bordi sia il centro del nastro. Il riscaldamento risulta essere localizzato in più aree di riscaldo:

- e due seconde aree di riscaldo laterali 9”, disposte al di sotto della prima area centrale 9, in corrispondenza dei bordi del nastro.

Il gradiente del campo magnetico B" può essere realizzato, analogamente a quanto sopra descritto, in una prima variante, alimentando un giogo magnetico i cui poli 10’ al traferro presentino una geometria simile a quella illustrata in Fig. 9, provvisti di una superficie inclinata 20’ di un angolo di ampiezza preferibilmente compresa tra 0° e 60° rispetto ad un piano verticale.

Questa prima variante, illustrata in Fig. 9a, comprende due induttori, ciascuno costituito ad esempio da uno o più avvolgimenti o bobine 30’ avvolte attorno a un nucleo o giogo ferromagnetico 31’. Le due parti del giogo 31’, disposte ciascuna in corrispondenza di una superficie di maggiore estensione del nastro 1 , sono vantaggiosamente collegate sul piano orizzontale perpendicolare al foglio in modo da chiudere e massimizzare il flusso magnetico. I mezzi di generazione di getti di gas comprendono per ciascun induttore una struttura di supporto e di alimentazione di ugelli 4’, comprendente un collettore di alimentazione 32’ di gas, disposta all’esterno del giogo ferromagnetico 31’. Gli ugelli 4’ sono disposti immediatamente al di sopra di detti induttori e leggermente inclinati verso il basso in modo da far coincidere la zona del getto di gas con quella di azione del campo magnetico B”. Questa soluzione permette un più facile accesso per la pulizia degli ugelli in quanto la parte superiore degli stessi risulta libera.

Il gradiente del campo magnetico B” può essere realizzato in una seconda variante alternativa adottando una serie o matassa di spire 7” non uniformemente distribuite del tipo illustrato in Fig. 10. Le spire 7", disposte solo da un lato rispetto alla direzione di avanzamento del nastro, sono avvolte in modo da definire assi perpendicolari a detta direzione ed una superficie interna inclinata rispetto ad un piano verticale di un angolo di ampiezza preferibilmente compresa tra 0° e 60°.

Una quarta forma di realizzazione del metodo dell’invenzione si ottiene generando due campi magnetici alternati B’, B” aventi direzione perpendicolare alla direzione di avanzamento del nastro e verso opposto tra loro, ossia combinando la seconda e terza forma di realizzazione, come illustrato nelle Figure da 11a a 13.

In questo caso le distribuzioni di correnti indotte 6’, 6” sulle superfici 11 del nastro 1 sono tali da generare un riscaldo al centro delle superfici 11 maggiore rispetto ai bordi. Si avrà pertanto un’area centrale di riscaldo 9'” più ampia rispetto all’area centrale 9 dei casi precedenti; e si avranno seconde aree di riscaldo laterali 9’, 9” sia al di sopra che al di sotto dell’area 9’”.

I gradienti dei campi magnetici B’, B” possono essere realizzati prevedendo di combinare, come illustrato nelle Figure 12 e 13, i gioghi magnetici delle Figure 6 e 9, disposti simmetricamente rispetto ad un piano orizzontale, oppure le serie o matasse di spire 7’, 7” non uniformemente distribuite delle Figure 7 e 10, ciascuna matassa essendo disposta in corrispondenza di un rispettivo lato rispetto alla direzione di avanzamento del nastro.

In particolare questa quarta forma di realizzazione del metodo dell’invenzione può essere realizzata mediante un dispositivo, come quello illustrato in Fig. 15, del tutto identico a quello già descritto sopra ed illustrato in Fig. 4a.

Per la realizzazione del campo magnetico B’ alternato o pulsante, attraversante in direzione sostanzialmente ortogonale la direzione di avanzamento del nastro, le bobine 30 sono percorse da corrente alternata o pulsante con un angolo di sfasamento tra le correnti pari a 0° in modo che sia presente solo un flusso magnetico attraversante due volte il nastro in versi opposti, detto flusso essendo generato dall’anello di flusso magnetico 33” comune ai due induttori.

L’utilizzo di gioghi o nuclei ferromagnetici con i poli opportunamente sagomati permette di modellare la forma del campo magnetico. In particolare l’inclinazione dei poli rispetto la direzione verticale, ossia la direzione di avanzamento del nastro, deve essere compresa tra 0° e 60° per essere efficace.

Il riscaldamento indotto dal campo B’ e/o B” dipende dall’intensità e dalla distribuzione delle correnti indotte 6’ e/o 6”, le quali sono funzione dell’intensità dell’induzione magnetica e della sua frequenza. Ad esempio, per nastri di spessore variabile da 0,2 mm a 4 mm è opportuno lavorare con frequenze variabili da 5 a 10.000 Hz.

L’intensità del campo magnetico alternato B’, B” è, invece, preferibilmente compresa tra 0,05 e 1 T, in aria.

Il riscaldamento indotto, vantaggiosamente, è tale da contrastare l’effetto di raffreddamento dovuto all’azione dei getti di gas o lame ad aria, per cui le aree di riscaldo 5, 9, 9’, 9”, 9”’ devono essere previste al di sotto o al massimo in corrispondenza della zona di impatto di detti getti. In tal modo si riesce a mantenere il nastro in movimento ad una temperatura sostanzialmente uguale a quella di uscita dal bagno 2 fino a raggiungere la zona di impatto dei getti, evitando così la solidificazione superficiale dello zinco in prossimità degli ugelli 4. Infatti, la superficie del nastro che potrebbe essere sottoposta al rischio di solidificazione è quella appena al di sotto degli ugelli 4, ossia al di sotto della zona di impatto dei getti di aria, avente una larghezza circa pari a quella del nastro ed un’altezza variabile da qualche millimetro a 10 mm corrispondente al picco di pressione del getto di gas.

La potenza termica asportabile dal nastro nella zona di impatto del getto del gas, di altezza pari a 1÷10 mm, causata dal raffreddamento dei getti di gas, è variabile da 1 a 50 kW a seconda delle condizioni di lavoro delle lame ad aria. Vantaggiosamente, intensità e frequenza del campo magnetico vengono regolati in modo da fornire al nastro una potenza termica equivalente a quella asportata, riuscendo ad evitare la prematura solidificazione del rivestimento liquido prima che la sua parte in eccesso venga rimossa.

Nelle Figure da 14a a 14c sono riportate possibili disposizioni degli ugelli 4 rispetto alle aree di riscaldo generate sul nastro in avanzamento.

Nel caso di Fig. 14a il getto di gas può essere vantaggiosamente applicato in corrispondenza o al di sopra dell’area di riscaldo 5. Non deve essere applicato al di sotto di questa area 5 in quanto il rivestimento potrebbe già presentarsi in fase solida quando raggiunge tale area, rendendo pertanto inutile l’azione di riscaldo generato dal campo magnetico B.

Nel caso delle altre forme di realizzazione del metodo dell’invenzione, il riscaldamento indotto avrà un peso differente a seconda che gli ugelli siano posti in prossimità dell’area di riscaldo centrale ellittica o in prossimità delle aree di riscaldo ai bordi.

Nel caso di Fig. 14b il getto di gas può essere applicato in corrispondenza o al di sopra delle aree di riscaldo laterali 9’. Non deve essere applicato al di sotto di queste aree 9’ in quanto il rivestimento potrebbe già presentarsi in fase solida quando raggiunge tali aree di riscaldo, rendendo pertanto inutile l’azione di riscaldo generato dal campo magnetico B’ in corrispondenza dei bordi. In questo caso, pertanto, gli ugelli 4 vengono posizionati preferibilmente in corrispondenza o al di sopra delle aree di riscaldo laterali 9’, perché se posti in corrispondenza dell’area di riscaldo centrale 9 potrebbe diventare superflua la potenza termica fornita per il riscaldamento dei bordi, in quanto il rivestimento ai bordi potrebbe essere già solidificato quando raggiunge le aree 9’.

Nel caso di Fig. 14c il getto di gas può essere applicato in corrispondenza o al di sopra dell’area di riscaldo centrale 9. Non deve essere applicato al di sotto di quest’area in quanto il rivestimento potrebbe già presentarsi in fase solida quando raggiunge tale area 9, rendendo pertanto inutile l’azione di riscaldo generato dal campo magnetico B" in corrispondenza del centro del nastro.

In questo caso, pertanto, gli ugelli 4 vengono posizionati preferibilmente in corrispondenza o al di sopra dell’area di riscaldo centrale 9, perché se posti in corrispondenza delle aree di riscaldo laterali 9” potrebbe diventare superflua la potenza termica fornita per il riscaldamento del centro della superficie del nastro, in quanto il rivestimento al centro potrebbe essere già solidificato quando raggiunge l’area centrale 9.

In tutte le forme di realizzazione del metodo dell’invenzione la generazione dei getti di gas avviene al di sopra dell’area o delle aree di riscaldo maggiormente distanti dal bagno di materiale di rivestimento fuso. Pertanto gli ugelli 4 sono disposti al di sopra o in corrispondenza delle bobine o dei poli magnetici che causano il riscaldamento localizzato.

Il riscaldo localizzato del rivestimento del nastro, effettuato per induzione utilizzando campi elettromagnetici, consente quindi di compensare l'effetto di raffreddamento delle lame d'aria nella zona in cui esse agiscono. Grazie a questo riscaldamento localizzato, che mantiene liquido il rivestimento, viene facilitata l'azione di “wiping” pneumatico delle lame d'aria. Pertanto si rendono necessarie minore pressione e minore portata d'aria alle lame per ottenere lo stesso risultato, con conseguente riduzione del rumore prodotto dai getti e dei problemi di “splashing”. In alternativa, è possibile lavorare con la stessa pressione/portata d'aria ottenendo minori spessori di rivestimento oppure un'aumentata velocità della linea.

Inoltre, il fatto di concentrare il riscaldo nella zona di azione delle lame d'aria limita la potenza elettrica necessaria e i rischi di surriscaldare il nastro ed il suo rivestimento.

Con riferimento ai dispositivi illustrati nelle Figure 4a e 15, una variante può prevedere che il nucleo o giogo magnetico 31 possa svolgere anche la funzione di “lama d’aria”. Ciò è possibile in quanto le espansioni polari o poli magnetici 8, 8’ possono essere sagomate opportunamente per definire gli ugelli 4 atti a generare dei getti di gas, come nell’esempio di Fig. 16. In tale variante sono vantaggiosamente previste delle paratie 40, o slots, in corrispondenza della sezione d’ingresso di detti ugelli 4 che hanno lo scopo di equalizzare la portata all'interno degli ugelli stessi. Gli ugelli 4, in questo caso, sono pertanto definiti dalla configurazione delle espansione polari 8, 8’ e presentano una luce di passaggio che, in sezione trasversale (Fig. 16), ha una forma rastremata andando verso la direzione di avanzamento del nastro. Nella forma di realizzazione di Fig. 16, in particolare, detta luce di passaggio comprende due tratti rastremati successivi definenti direzioni incidenti tra loro. In tal caso la distanza tra i poli a giogo magnetico 8, 8’, rispettivamente superiore ed inferiore, è compresa tra 0,5 e 5 mm.

Vantaggiosamente, per ridurre il riscaldamento per induzione della struttura di supporto e di alimentazione delle lame di gas, disposta all'interno di ciascun nucleo ferromagnetico 31 e comprendente il collettore 32 ed eventualmente gli ugelli 4, può essere previsto almeno uno schermo elettromagnetico ad alta conducibilità elettrica, disposto tra detta struttura ed il nucleo 31, che adempie a due funzioni:

- impedire il surriscaldamento per induzione della lama d'aria,

- e concentrare il flusso magnetico direttamente nella zona dove il getto di gas agisce.

Detto almeno uno schermo può agire anche come concentratore di campo magnetico nello spazio tra nastro e nucleo magnetico aumentando in parte l’efficacia locale di azione di detto campo sul nastro.

Secondo una ulteriore variante, detto schermo elettromagnetico, interno ai nuclei magnetici, può essere sagomato in modo tale da costituire esso stesso gli ugelli per i getti di gas. In questo caso, quindi, gli ugelli saranno definiti dalla configurazione del o degli schermi elettromagnetici.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo per il controllo dello spessore di rivestimento di un prodotto metallico piano, definente una direzione di avanzamento in uscita da un bagno di materiale di rivestimento fuso in processi di galvanizzazione in continuo per immersione a caldo, in cui sono previsti primi mezzi di generazione di almeno un campo magnetico alternato e secondi mezzi di generazione di getti di gas, atti a produrre getti di gas diretti sulle superfici di maggiore estensione di detto prodotto, entrambi detti mezzi essendo disposti in prossimità di dette superfici, il metodo comprendente i seguenti stadi: a) generazione di almeno un campo magnetico alternato (B, B’, B"), mediante detti primi mezzi, in prossimità di dette superfici del prodotto, detto campo causante una distribuzione di correnti indotte (6, 6’, 6") sulle superfici tale da produrre almeno un’area di riscaldo (9, 9’, 9”, 9’”) su di esse; b) generazione di getti di gas, mediante detti secondi mezzi, in corrispondenza di detta almeno un’area di riscaldo in modo da ottenere un predeterminato spessore uniforme di rivestimento su tutta la larghezza del prodotto.
2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detto campo magnetico alternato ha una intensità compresa tra 0,05 e 1 T in aria in corrispondenza di detta almeno un’area di riscaldo.
3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il campo magnetico alternato (B) è uniforme ed ha una direzione sostanzialmente parallela alla direzione di avanzamento del prodotto.
4. Metodo secondo la rivendicazione 3, in cui l’area di riscaldo (5) prodotta su ciascuna di dette superfici del prodotto è sostanzialmente rettangolare e copre tutta la larghezza di dette superfici, bordi inclusi.
5. Metodo secondo la rivendicazione 3, in cui detto campo magnetico alternato ha una frequenza tale da ottenere un predeterminato rapporto tra spessore del prodotto metallico e spessore di penetrazione delle correnti indotte nel prodotto stesso.
6. Metodo secondo la rivendicazione 5, in cui detta frequenza è compresa tra 500 e 500000 Hz e detto predeterminato rapporto è compreso tra 0,5 e 20.
7. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il campo magnetico alternato (B\ B") non è uniforme ed ha una direzione sostanzialmente perpendicolare alla direzione di avanzamento del prodotto.
8. Metodo secondo la rivendicazione 7, in cui sono prodotte su dette superfici più aree di riscaldo, una prima area centrale (9, 9’”), sostanzialmente ellittica, e seconde aree laterali (9’, 9”) più piccole rispetto alla prima in prossimità dei bordi del prodotto.
9. Metodo secondo la rivendicazione 8, in cui dette seconde aree di riscaldo sono prodotte al di sopra (9’) e/o al di sotto (9”) della prima area di riscaldo centrale (9).
10. Metodo secondo la rivendicazione 7, in cui detto campo magnetico alternato (Β', B") ha una frequenza compresa tra 5 e 10000 Hz.
11. Metodo secondo la rivendicazione 4 o 8, in cui la potenza termica fornita in corrispondenza dell’area o delle aree di riscaldo è variabile tra 1 e 50 kW.
12. Metodo secondo la rivendicazione 4 o 8, in cui la generazione dei getti di gas avviene al di sopra dell’area o delle aree di riscaldo maggiormente distanti dal bagno di materiale di rivestimento fuso.
13. Dispositivo per il controllo dello spessore di rivestimento di un prodotto metallico piano, definente una direzione dì avanzamento in uscita da un bagno di materiale di rivestimento fuso in processi di galvanizzazione in continuo per immersione a caldo, comprendente mezzi di generazione (7, 7’ 7", 8, 8’, 10, 10’) di almeno un campo magnetico alternato (B, B’, B”), idonei a produrre una distribuzione di correnti indotte (6, 6’, 6”) sulle superfici di maggiore estensione di detto prodotto tale da produrre almeno un’area di riscaldo (9, 9’, 9”, 9”’) su di esse, e mezzi di generazione di getti di gas (4), atti a produrre getti di gas diretti su dette superfici, entrambi detti mezzi essendo disposti in prossimità di dette superfici con i mezzi di generazione dei getti di gas previsti al di sopra o in corrispondenza di detta almeno un’area di riscaldo in modo da ottenere un predeterminato spessore uniforme di rivestimento su tutta la larghezza del prodotto.
14. Dispositivo secondo la rivendicazione 13, in cui sono previsti mezzi di generazione di un campo magnetico alternato (B) uniforme, parallelo alla direzione di avanzamento del prodotto metallico, comprendenti una o più bobine (7), avvolte intorno a detta direzione ed alimentate con corrente alternata o pulsante, o giochi magnetici provvisti di poli (8, 8’) in corrispondenza di dette superfici.
15. Dispositivo secondo la rivendicazione 13, in cui sono previsti mezzi di generazione di almeno un campo magnetico alternato (Β', B”) non uniforme, perpendicolare alla direzione di avanzamento del prodotto metallico, comprendenti almeno un giogo magnetico i cui poli magnetici (10, 10’) al traferro sono provvisti di una superficie inclinata (20, 20’) di un angolo di ampiezza preferibilmente compresa tra 0° e 60° rispetto ad un piano verticale, oppure una matassa di spire (7’, 7”) non uniformemente distribuite disposte solo da un lato rispetto alla direzione di avanzamento del nastro in modo da definire una superficie interna inclinata rispetto ad un piano verticale di un angolo di ampiezza preferibilmente compresa tra 0° e 60°.
16. Dispositivo secondo la rivendicazione 15, in cui sono previsti due gioghi magnetici, provvisti rispettivamente di primi poli (10) e secondi poli (10’) disposti simmetricamente rispetto ad un piano orizzontale, o due matasse di spire (7’, 7”) non uniformemente distribuite disposte su entrambi i lati rispetto alla direzione di avanzamento del nastro in modo da generare due campi magnetici alternati (Β', B”) aventi verso opposto. (CEL/as)